Kai kurie augalai gali išgyventi mėnesius be vandens, o po trumpos liūties vėl pažaliuoja. Neseniai atliktas Bonos ir Mičigano universitetų tyrimas rodo, kad tai nėra dėl „stebuklų genų“. Greičiau šis gebėjimas yra viso genų tinklo, kurių beveik visi yra ir labiau pažeidžiamose veislėse, pasekmė. Rezultatai jau pasirodė internete Augalų žurnalas.
Savo tyrime mokslininkai atidžiai pažvelgė į rūšį, kuri ilgą laiką buvo tiriama Bonos universitete - prisikėlimo augalą Craterostigma plantagineum. Jis pavadintas teisingai: sausros metu galima manyti, kad jis mirė. Tačiau net ir po kelis mėnesius trukusios sausros pakanka šiek tiek vandens, kad ji atgaivintų. „Savo institute daug metų tyrinėjome, kaip augalas tai daro“, – aiškina Bonos universiteto Augalų molekulinės fiziologijos ir biotechnologijos instituto (IMBIO) prof. dr. Dorothea Bartels.
Jos interesai apima genai kurios yra atsakingos už atsparumą sausrai. Darėsi vis aiškiau, kad šis gebėjimas nėra vieno „stebuklo geno“ rezultatas. Vietoj to, dalyvauja labai daug genų, kurių dauguma taip pat randami tose rūšyse, kurios ne taip gerai susitvarko su sausra.
Augalas turi aštuonias kiekvienos chromosomos kopijas
Dabartiniame tyrime Bartelio komanda kartu su mokslininkais iš Mičigano universiteto (JAV) išanalizavo visą Craterostigma plantagineum genomą. Ir tai yra gana sudėtinga: nors dauguma gyvūnų turi po dvi kiekvienos chromosomos kopijas – vieną iš motinos, vieną iš tėvo – Craterostigma turi aštuonias. Toks „aštuonkartinis“ genomas taip pat vadinamas oktoploidu. Mes, žmonės, priešingai, esame diploidai.
„Tokį genetinės informacijos dauginimąsi galima pastebėti daugelyje augalai kurie išsivystė pagal ekstremaliomis sąlygomis“, - sako Bartelsas. Bet kodėl taip? Tikėtina priežastis: jei genas yra aštuoniose kopijose, o ne dviejose, iš esmės jį galima nuskaityti keturis kartus greičiau. Todėl oktoploidinis genomas gali leisti labai greitai pagaminti didelius reikiamo baltymo kiekius. Šis gebėjimas taip pat yra svarbus vystymuisi tolerancija sausrai.
Craterostigmoje kai kurie genai, susiję su didesniu tolerancija sausrai, yra dar labiau atkartojami. Tai apima vadinamuosius ELIP – akronimas reiškia „ankstyvieji šviesos indukuojami baltymai“, nes juos greitai įjungia šviesa ir jie apsaugo nuo oksidacinio streso. Didelis jų kopijų skaičius yra visose sausrai atspariose rūšyse.
"Craterostigma turi beveik 200-ELIP genų, kurie yra beveik identiški ir yra didelėse dešimties ar dvidešimties kopijų grupėse skirtingose chromosomose", - aiškina Bartelsas. Todėl, tikėtina, sausrai atsparūs augalai gali remtis dideliu genų tinklu, kurį jie gali greitai sureguliuoti sausros atveju.
Sausrai jautrios rūšys paprastai turi tuos pačius genus, nors ir mažesniu kopijų skaičiumi. Tai taip pat nenuostabu: daugumos augalų sėklos ir žiedadulkės dažnai vis dar gali sudygti ilgą laiką be vandens. Taigi jie taip pat turi genetinę programą, apsaugančią nuo sausros. „Tačiau ši programa paprastai išjungiama dygstant ir vėliau negali būti iš naujo suaktyvinta“, – aiškina botanikas. "Prisikėlimo augaluose, priešingai, jis išlieka aktyvus."
Dauguma rūšių „gali toleruoti“ sausrą
Taigi tolerancija sausrai yra tai, ką „gali padaryti“ didžioji dauguma augalų. Šį gebėjimą suteikiantys genai tikriausiai atsirado labai anksti evoliucijos eigoje. Tačiau šie tinklai yra veiksmingesni sausrai atsparioms rūšims ir, be to, nėra aktyvūs tik tam tikrais gyvavimo ciklo etapais.
Be to, ne kiekviena Craterostigma plantagineum ląstelė turi tą pačią „sausros programą“. Tai parodė Diuseldorfo universiteto mokslininkai, kurie taip pat dalyvavo tyrime. Pavyzdžiui, džiovinimo metu šaknyse yra aktyvūs skirtingi sausros tinklo genai nei lapuose. Šis atradimas nėra netikėtas: pavyzdžiui, lapai turi apsisaugoti nuo žalingo saulės poveikio. Tai jiems padeda, pavyzdžiui, ELIP. Turėdamas pakankamai drėgmės, augalas formuoja fotosintetinius pigmentus, kurie bent iš dalies sugeria spinduliuotę. Ši natūrali apsauga dažniausiai žlunga per sausrą. Priešingai, šaknys neturi jaudintis dėl saulės nudegimo.
Tyrimas pagerina supratimą, kodėl kai kurie rūšis tiek mažai kenčia nuo sausros. Todėl ilgainiui jis galėtų prisidėti prie tokių kultūrų, kaip kviečiai ar kukurūzai, auginimo, kurie geriau susidoroja su sausra. Tikėtina, kad klimato kaitos laikais jų paklausa bus didesnė nei bet kada anksčiau.