Някои растения могат да оцелеят месеци без вода, само за да станат зелени отново след кратък дъжд. Скорошно проучване на университетите в Бон и Мичиган показва, че това не се дължи на „чудотворен ген“. По-скоро тази способност е следствие от цяла мрежа от гени, почти всички от които присъстват и в по-уязвимите разновидности. Резултатите вече се появиха онлайн в Дневникът на растенията.
В своето проучване изследователите са разгледали отблизо вид, който отдавна е изучаван в университета в Бон - възкресяващото растение Craterostigma plantagineum. Носи името си съвсем правилно: по време на суша човек може да си помисли, че е мъртъв. Но дори и след месеци на суша, малко вода е достатъчна, за да го съживи. „В нашия институт ние изучаваме как растението прави това в продължение на много години“, обяснява проф. д-р Доротея Бартелс от Института по молекулярна физиология и биотехнология на растенията (IMBIO) към университета в Бон.
Нейните интереси включват гените които са отговорни за устойчивостта на суша. Ставаше все по-ясно, че тази способност не е резултат от един „чудотворен ген“. Вместо това са включени много гени, повечето от които се намират и във видове, които не се справят толкова добре със сушата.
Растението има осем копия на всяка хромозома
В настоящото изследване екипът на Бартел, заедно с изследователи от Мичиганския университет (САЩ), анализира пълния геном на Craterostigma plantagineum. И това е изградено доста сложно: Докато повечето животни имат две копия на всяка хромозома - едно от майката, едно от бащата - Craterostigma има осем. Такъв "осморен" геном се нарича още октоплоиден. Ние, хората, напротив, сме диплоидни.
„Такова умножаване на генетична информация може да се наблюдава при много растения които са еволюирали под екстремни условия“, казва Бартелс. Но защо е така? Вероятна причина: Ако един ген присъства в осем копия вместо в две, той по принцип може да бъде разчетен четири пъти по-бързо. Следователно един октоплоиден геном може да позволи много бързо да се произвеждат големи количества от необходимия протеин. Тази способност също изглежда важна за развитието на устойчивост на суша.
В Craterostigma, някои гени, свързани с по-голяма толерантност към суша, са дори допълнително възпроизведени. Те включват така наречените ELIPs - акронимът означава "ранни протеини, предизвикани от светлина", тъй като те бързо се включват от светлина и предпазват от оксидативен стрес. Те се срещат в голям брой екземпляри във всички видове, устойчиви на суша.
„Craterostigma има близо 200-ELIP гени, които са почти идентични и са разположени в големи клъстери от десет или двадесет копия на различни хромозоми“, обяснява Бартелс. Следователно устойчивите на суша растения вероятно могат да се възползват от широка мрежа от гени, които могат бързо да регулират нагоре в случай на суша.
Чувствителните към суша видове обикновено имат същите гени - макар и в по-малък брой копия. Това също не е изненадващо: семената и цветният прашец на повечето растения често все още могат да покълнат след дълги периоди без вода. Така че те имат и генетична програма за защита от суша. „Тази програма обаче обикновено се изключва при покълването и не може да се активира отново след това“, обяснява ботаникът. „В растенията за възкресение, обратно, той остава активен.“
Повечето видове „могат“ да издържат на суша
Следователно толерантността към суша е нещо, което по-голямата част от растенията „могат“. Гените, които придават тази способност, вероятно са се появили много рано в хода на еволюцията. Тези мрежи обаче са по-ефективни при устойчиви на суша видове и освен това не са активни само на определени етапи от жизнения цикъл.
Въпреки това, не всяка клетка в Craterostigma plantagineum също има същата „програма за суша“. Това показаха изследователи от университета в Дюселдорф, които също участваха в изследването. Например, различни мрежови гени за суша са активни в корените по време на изсушаване, отколкото в листата. Това откритие не е неочаквано: листата, например, трябва да се предпазват от вредното въздействие на слънцето. В това им помагат например ELIP. При достатъчно влага растението образува фотосинтетични пигменти, които поне частично абсорбират радиацията. Тази естествена защита до голяма степен се проваля по време на суша. Корените, за разлика от тях, не трябва да се притесняват от слънчево изгаряне.
Проучването подобрява разбирането защо някои вид страдат толкова малко от суша. Следователно в дългосрочен план това би могло да допринесе за отглеждането на култури като пшеница или царевица, които се справят по-добре с суша. Във времена на изменение на климата те вероятно ще бъдат в по-голямо търсене от всякога в бъдеще.