Neke biljke mogu preživjeti mjesece bez vode, da bi nakon kratkog pljuska ponovno postale zelene. Nedavna studija Sveučilišta u Bonnu i Michiganu pokazuje da to nije zbog "čudesnog gena". Umjesto toga, ta je sposobnost posljedica cijele mreže gena, od kojih su gotovo svi također prisutni u osjetljivijim sortama. Rezultati su se već pojavili na internetu Biljni časopis.
U svojoj studiji istraživači su pomno proučili vrstu koja se dugo proučavala na Sveučilištu u Bonnu – biljku za uskrsnuće Craterostigma plantagineum. S punim pravom nosi svoje ime: u vrijeme suše netko bi mogao pomisliti da je mrtav. No i nakon višemjesečne suše, dovoljno je malo vode da oživi. "U našem institutu proučavamo kako biljka to radi mnogo godina", objašnjava prof. dr. Dorothea Bartels s Instituta za molekularnu fiziologiju i biotehnologiju biljaka (IMBIO) na Sveučilištu u Bonnu.
Njezini interesi uključuju geni koji su odgovorni za otpornost na sušu. Postajalo je sve jasnije da ta sposobnost nije rezultat jednog jedinog "čudesnog gena". Umjesto toga, uključeno je jako mnogo gena, od kojih se većina također nalazi u vrstama koje se ne nose tako dobro sa sušom.
Biljka ima osam kopija svakog kromosoma
U trenutnoj studiji, Bartelov tim, zajedno s istraživačima sa Sveučilišta u Michiganu (SAD), analizirao je kompletan genom Craterostigma plantagineum. I to je prilično složeno: dok većina životinja ima dvije kopije svakog kromosoma - jednu od majke, jednu od oca - Craterostigma ih ima osam. Takav "osmerostruki" genom također se naziva oktoploidni. Nasuprot tome, mi ljudi smo diploidni.
“Ovakvo umnožavanje genetskih informacija može se primijetiti kod mnogih bilje koji su se razvili pod ekstremnim uvjetima“, kaže Bartels. Ali zašto je to tako? Vjerojatni razlog: ako je gen prisutan u osam kopija umjesto u dvije, u principu se može očitati četiri puta brže. Oktoploidni genom stoga može omogućiti vrlo brzu proizvodnju velikih količina potrebnog proteina. Čini se da je ova sposobnost također važna za razvoj otpornost na sušu.
Kod Craterostigme, neki geni povezani s većom tolerancijom na sušu još su više replicirani. To uključuje takozvane ELIP-ove—akronim označava "rane proteine inducibilne svjetlom", budući da se brzo aktiviraju svjetlom i štite od oksidativnog stresa. Javljaju se u velikom broju primjeraka kod svih vrsta otpornih na sušu.
"Craterostigma ima blizu 200-ELIP gena koji su gotovo identični i nalaze se u velikim skupinama od deset ili dvadeset kopija na različitim kromosomima", objašnjava Bartels. Biljke otporne na sušu se stoga vjerojatno mogu oslanjati na opsežnu mrežu gena koje mogu brzo pojačati u slučaju suše.
Vrste osjetljive na sušu obično imaju iste gene—iako u manjem broju kopija. To također ne čudi: sjeme i pelud većine biljaka često mogu klijati nakon dugih razdoblja bez vode. Dakle, imaju i genetski program zaštite od suše. "Međutim, ovaj se program obično isključuje pri klijanju i ne može se ponovno aktivirati nakon toga", objašnjava botaničar. "U biljkama za uskrsnuće, nasuprot tome, ostaje aktivan."
Većina vrsta 'može' podnijeti sušu
Otpornost na sušu je, dakle, nešto što velika većina biljaka "može". Geni koji daju tu sposobnost vjerojatno su se pojavili vrlo rano tijekom evolucije. Međutim, te su mreže učinkovitije kod vrsta koje su otporne na sušu i, štoviše, nisu aktivne samo u određenim fazama životnog ciklusa.
Ipak, nema svaka stanica u Craterostigma plantagineum isti "program suše". Pokazali su to istraživači sa Sveučilišta u Düsseldorfu, koji su također bili uključeni u istraživanje. Na primjer, različiti geni mreže suše aktivni su u korijenju tijekom sušenja nego u lišću. Ovo otkriće nije neočekivano: lišće se, na primjer, mora zaštititi od štetnih učinaka sunca. U tome im pomažu npr. ELIP-i. Uz dovoljno vlage, biljka stvara fotosintetske pigmente koji barem djelomično apsorbiraju zračenje. Ova prirodna zaštita uglavnom zakaže tijekom suše. Za razliku od toga, korijenje se ne mora brinuti o opeklinama od sunca.
Studija poboljšava razumijevanje zašto neki vrsta tako malo pate od suše. Dugoročno, stoga bi moglo pridonijeti uzgoju usjeva poput pšenice ili kukuruza koji se bolje nose s suša. U vrijeme klimatskih promjena, za njima će vjerojatno biti veća potražnja nego ikad u budućnosti.