Rastliny si vyvinuli dômyselný systém ochrany pred prenosom chybných génov, ktoré sa môžu šíriť v dôsledku príbuzenského kríženia.
Papuľka (antirrhinum). Zdroj: iStockphoto.com
V najnovšej štúdii, zverejnenej v odbornom časopise Genetics, vedci z Rakúskeho inštitútu vedy a techniky prezentujú výsledky svojho viac ako desaťročného výskumu. Tím pod vedením Nicka Bartona skúmal populácie rodu rastlín papuliek (Antirrhinum), ktoré sa vyskytujú v oblasti západného Stredomoria.
Papuľky sú farebné vysoké rastliny, ktoré sa tešia obľube aj medzi pestovateľmi a našli si svoje miesto i v našich záhradách. Barton a jeho tím za nimi kvôli výskumu cestovali do Katalánska v Španielsku, kde zvyčajne rastú popri cestách.
Genetické dedičstvo
Odborníci vysvetľujú, že papuľky rastú v skúmanej lokalite pomerne blízko seba. Na rozlohe piatich kilometrov štvorcových rastie asi 3 000 rastlín, ktoré opeľujú čmeliaky v 50 metrovom rádiuse. Vo výsledku tak môže dochádzať k inbrídingu, čiže príbuzenskému kríženiu.
„Príbuzenské kríženie rastlín má rovnaké dôsledky ako u ľudí. Spájanie chybných génov vedie k inbrednej depresii, čo znamená, že výsledná rastlina je slabšia a jej zdravotný stav je horší v porovnaní s inými,“ vysvetľuje Barton v tlačovej správe. Výsledkom príbuzenského kríženia je zníženie genetickej rozmanitosti a väčšia šanca na získanie chybných génov.
Dieťa dostane pri počatí dve sady génov – jednu od matky a druhú od otca. Navzájom sa od seba líšia a keď rodič odovzdá svoju sadu ďalšej generácii, gény sa opäť preskupia a vytvoria novú jedinečnú kombináciu. To je dôvod, prečo každý človek, každé zviera i každá rastlina vyzerajú trochu inak. Pri papuľkách vedci poznajú približne pol tucta génov, ktoré ovplyvňujú farbu kvetov. Ide však len zlomok z ich celkového genetického kódu.
Gény sú vystavené neustálemu riziku mutácií, ktorých výsledkom je chybný gén. Každý jedinec nesie dve kópie každého génu. Ak je jedna z nich chybná, nespôsobuje zvyčajne veľké škody. Jedinec, ktorý však pochádza z príbuzenského kríženia, môže zdediť chybnú kópiu génu od oboch rodičov, čo má vážny negatívny vplyv na jeho zdravotný stav.
Pozrite si
Prekvapujúce zistenie
Vedci zistili, že v prípade papuliek nedochádza k príbuzenskému kríženiu v takej miere, ako predpokladali. Rastliny si vyvinuli mechanizmy, ktoré zabraňujú inbrídingu, a predchádzajú tak inbrednej depresii. Populácie papuliek si naďalej zachovávajú genetickú rozmanitosť, ktorá je potrebná pre efektívne prispôsobenie sa meniacim sa životným podmienkam.
Tento mechanizmus je tiež dôležitý, pretože väčšina kvitnúcich rastlín kombinuje samčie a samičie funkcie v jednom jedincovi. Rastlina produkuje vajíčka, ktoré sú oplodnené peľom, z ktorých vznikajú semená – nová generácia. Rastliny si vytvorili rôzne adaptácie, aby sa zabránilo samoopeleniu. Reprodukčné orgány jednej rastliny môžu byť od seba vzdialené alebo môžu byť aktívne v inom čase. Niektoré rastliny môžu byť len samčie alebo len samičie. Ďalším príkladom je molekulárny mechanizmus, nazývaný lokus S, ktorý využívajú aj papuľky. Je to špecifický gén, vďaka ktorému rastlina zničí akýkoľvek peľ, ktorý nesie rovnakú genetickú informáciu ako ona sama.
„Ak peľ pochádza od samotnej rastliny alebo od blízkeho príbuzného, rastlina nemôže byť úspešne opelená. Je to dômyselný mechanizmus,“ dopĺňa Barton.
Generácie rodičov a potomkov sa nestretnú
Za desaťročie výskumu vedci študovali viac ako 20 000 jednotlivých rastlín. Zo zozbieraných listov sekvenovali DNA celej populácie. Podarilo sa im tak odhaliť príbuzenské vzťahy medzi týmito rastlinami a zároveň aj množstvo ich potomkov.
Vedci identifikovali viac ako 2 000 rôznych trojíc – rodičia a potomok. Prekvapením bolo, že rastliny z jedného roku nemali rodičov v tom predchádzajúcom. Odborníci zistili, že semená, ktoré padnú na zem, vyrastú a majú potomstvo až o dva či tri roky. Aj táto adaptácia prispieva k znižovaniu miery príbuzenského kríženia. Rodičovská generácia je teda od potomkov oddelená priestorom i časom.
Výskum má tiež praktické uplatnenie. Akonáhle vedci lepšie porozumejú, ako si malé populácie dokážu zachovať genetickú rozmanitosť, budú môcť hľadať vhodné spôsoby záchrany ohrozených druhov pred ich vyhynutím. Problematika inbrídingu je čoraz aktuálnejšia taktiež v súvislosti s poklesom životne dôležitých opeľovačov, ktorí podporujú genetickú rozmanitosť rastlín, čo potvrdzujú aj najnovšie zistenia vedcov z Washingtonskej štátnej univerzity.
Čarodejka škvrnitá (Mimulus guttatus). Zdroj: iStockphoto.com
Čo sa stane, keď z hry vypadnú opeľovače?
V dôsledku celosvetového poklesu opeľovačov je potrebné skúmať jeho vplyv na rastliny a ich schopnosť rozmnožovať sa. Tím vedcov z Washingtonskej štátnej univerzity skúmal, aký dopad má ich pokles na genetickú rozmanitosť rastlín, ktoré sú schopné samoopelenia. Počas experimentov pozorovali čarodejku škvrnitú (Mimulus guttatus), ktorá je bežne rozšíreným druhom na západe Spojených štátov amerických (USA). Výsledky svojho výskumu nedávno publikovali v odbornom časopise Evolution.
Vedci zistili, že rastliny, ktoré neopeľovali čmeliaky, sa v priebehu niekoľkých generácií prispôsobili samoopelením. Kvety sa pozmenili, tyčinky a piestiky sa posunuli bližšie k sebe, aby sa peľ prenášal jednoduchšie. Rastliny sa ďalej rozmnožovali, ale stratili 13 až 24 percent genetickej variability v porovnaní s tými, ktoré i naďalej opeľovali čmeliaky. V ich prípade sa rozšírili rôzne mutácie. K strate genetickej rozmanitosti dochádza už v priebehu desiatok generácií a na rastlinách zanecháva značné stopy – strácajú schopnosť prispôsobovať sa meniacim podmienkam. Ďalší výskum by mal odhaliť, či a ak áno, kedy povedie veľká miera príbuzenského kríženia ku kolapsu populácie rastlín. Vedci tak budú môcť porozumieť dôsledkom straty opeľovačov, od ktorých sú závislé poľnohospodárske aj divo rastúce rastliny.
Zdroj: DOI: 10.1093/genetics/iyac083, DOI: 10.1111/evo.14572, Rakúsky inštitút vedy a techniky, Washingtonská štátna univerzita
(AB)
