Nekatere rastline lahko preživijo več mesecev brez vode, le da po kratkem nalivu spet ozelenijo. Nedavna študija Univerz v Bonnu in Michiganu kaže, da to ni posledica "čudežnega gena". Namesto tega je ta sposobnost posledica cele mreže genov, ki so skoraj vsi prisotni tudi v bolj ranljivih sortah. Rezultati so se že pojavili spletu v Rastlinski dnevnik.
V svoji študiji so raziskovalci vzeli pod drobnogled vrsto, ki so jo dolgo preučevali na Univerzi v Bonnu – rastlino za vstajenje Craterostigma plantagineum. Povsem upravičeno nosi svoje ime: v sušnih časih bi lahko kdo mislil, da je mrtev. A tudi po mesecih suše je dovolj že malo vode, da oživi. "Na našem inštitutu že vrsto let preučujemo, kako rastlina to počne," pojasnjuje prof. dr. Dorothea Bartels z Inštituta za molekularno fiziologijo in biotehnologijo rastlin (IMBIO) na Univerzi v Bonnu.
Njeni interesi vključujejo geni ki so odgovorni za toleranco na sušo. Postajalo je vedno bolj jasno, da ta sposobnost ni rezultat enega samega »čudežnega gena«. Namesto tega je vključenih zelo veliko genov, ki jih večino najdemo tudi pri vrstah, ki se suše ne spopadajo tako dobro.
Rastlina ima osem kopij vsakega kromosoma
V trenutni študiji je Bartelova ekipa skupaj z raziskovalci z Univerze v Michiganu (ZDA) analizirala celoten genom Craterostigma plantagineum. In to je zgrajeno precej zapleteno: medtem ko ima večina živali dve kopiji vsakega kromosoma – eno od matere in eno od očeta – ima Craterostigma osem. Tak "osemkratni" genom imenujemo tudi oktoploid. Nasprotno pa smo ljudje diploidni.
»Takšno množenje genetskih informacij lahko opazimo pri mnogih rastline ki so se razvile pod ekstremne razmere,« pravi Bartels. Ampak zakaj je tako? Verjeten razlog: če je gen prisoten v osmih namesto dveh kopijah, ga je načeloma mogoče prebrati štirikrat hitreje. Oktoploidni genom lahko torej omogoči zelo hitro proizvodnjo velikih količin potrebnega proteina. Zdi se, da je ta sposobnost pomembna tudi za razvoj odpornost na sušo.
Pri Craterostigmi se nekateri geni, povezani z večjo toleranco na sušo, še bolj podvajajo. Sem spadajo tako imenovani ELIP-ji – akronim pomeni »proteine, inducibilne z zgodnjo svetlobo«, saj jih svetloba hitro vklopi in ščiti pred oksidativnim stresom. Pojavijo se v velikem številu kopij pri vseh vrstah, odpornih na sušo.
"Craterostigma ima skoraj 200 genov ELIP, ki so skoraj identični in se nahajajo v velikih skupinah po deset ali dvajset kopij na različnih kromosomih," pojasnjuje Bartels. Rastline, odporne na sušo, lahko torej domnevno črpajo iz obsežne mreže genov, ki jih lahko v primeru suše hitro uravnavajo.
Vrste, občutljive na sušo, imajo običajno enake gene – čeprav v manjšem številu kopij. Tudi to ni presenetljivo: semena in cvetni prah večine rastlin pogosto še vedno lahko kalijo tudi po dolgih obdobjih brez vode. Torej imajo tudi genetski program za zaščito pred sušo. »Vendar se ta program običajno izklopi ob kalitvi in ga potem ni mogoče ponovno aktivirati,« pojasnjuje botanik. "Nasprotno pa v rastlinah za vstajenje ostane aktiven."
Večina vrst je "zmožna" prenašati sušo
Odpornost na sušo je torej nekaj, kar »zmore« velika večina rastlin. Geni, ki dajejo to sposobnost, so se verjetno pojavili zelo zgodaj v evoluciji. Vendar pa so ta omrežja učinkovitejša pri vrstah, odpornih na sušo, in poleg tega niso aktivna samo v določenih fazah življenjskega cikla.
Vendar pa tudi vsaka celica v Craterostigma plantagineum nima enakega "sušnega programa". To so pokazali raziskovalci z univerze v Düsseldorfu, ki so prav tako sodelovali pri raziskavi. Na primer, različni geni mreže za sušo so aktivni v koreninah med sušenjem kot v listih. Ta ugotovitev ni nepričakovana: listi se morajo na primer zaščititi pred škodljivimi učinki sonca. Pri tem jim pomagajo na primer ELIP-i. Ob zadostni vlagi rastlina tvori fotosintetske pigmente, ki vsaj delno absorbirajo sevanje. Ta naravna zaščita med sušo večinoma odpove. Nasprotno pa koreninam ni treba skrbeti za sončne opekline.
Študija izboljšuje razumevanje, zakaj nekateri vrste tako malo trpijo zaradi suše. Dolgoročno bi torej lahko prispeval k vzreji poljščin, kot sta pšenica ali koruza, ki se bolje spopadajo s suša. V času podnebnih sprememb bo po njih v prihodnosti verjetno večje povpraševanje kot kadar koli prej.