Suchozemské rostliny umějí pracovat s geny stejně kreativně jako lidé. Tedy umějí je využívat k novým účelům. Samčí pohlavní buňky a s nimi související reprodukční struktury rostlinám totiž slouží jako „přírodní laboratoř“ pro evoluci nových genů.
S výše uvedeným přišel mezinárodní tým, jehož součástí jsou i biologové z Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR [AV ČR]. Závěry studie, která zkoumala kolonizaci souše rostlinami, zveřejnil prestižní časopis Nature Plants.
Biologové analyzovali aktivitu genů v samčím gametofytu – zjednodušeně řečeno v různých vývojových stadiích pylu – u pokusné kvetoucí rostliny huseníčku rolního.
„V této studii se nám podařilo získat solidní molekulárněbiologická fakta o evoluci pohlavních orgánů u krytosemenných rostlin. Potvrdili jsme, že samčí gametofyt je velmi specializovaná a unikátní část rostlinného organismu,“ vysvětluje David Honys z Ústavu experimentální botaniky AV ČR.
Dodává, že poměrně velké procento genů totiž vykazuje aktivitu výhradně v jeho buňkách.
„Mnoho z nich jsou navíc geny evolučně mladé. Samčí gametofyt tak zastává funkci jakési laboratoře, v níž může evoluce vyvíjet nové geny,“ upřesňuje.
Rostliny umějí dát starým genům nové funkce
Mezinárodní tým vědců ze Singapuru, USA a šesti evropských zemí zkoumal aktivitu tisíců genů u deseti vybraných druhů. To je od mechorostů a plavuní po jednoděložné a dvouděložné byliny. Vědci mezi sebou porovnávali jednotlivé části rostlin [listy, stonky, kořeny, samčí a samičí pohlavní orgány aj.]. Tomu se dosud žádná studie v tak velkém rozsahu nevěnovala.
Biologové identifikovali geny, které jsou přednostně aktivní v konkrétních orgánech, a mohly tedy hrát roli v jejich vzniku či dalším evolučním vývoji. Na základě podobnosti konkrétních genů mezi jednotlivými druhy dokázal tým také určit, kdy se příslušné geny během evoluce suchozemských rostlin nejspíš objevily. Anebo kdy naopak z genetické informace zmizely. Jak se při tom ukázalo, rostliny často „učí staré geny novým kouskům“. Totiž geny v jejich DNA zůstávají, ale získávají nové funkce.
„Semena a plody jsou výchozí surovinou pro většinu potravin, které lidstvo zkonzumuje. Pokud lépe pochopíme molekulární mechanismy řídící vývoj pylu, opylení a oplození, budou naše poznatky využitelné v zemědělství, například při šlechtění výnosnějších plodin,“ říká David Honys.
Obsáhlá databáze s údaji o genové aktivitě, která vznikla v rámci této studie, najde využití i v budoucnu. Autoři ji zpřístupnili celé vědecké komunitě a lze proto očekávat, že z ní biologové vytěží další cenné poznatky o evoluci suchozemských rostlin.
Před více než 470 miliony lety…
První rostliny, které začaly osidlovat souš před zhruba 470 miliony lety, byly drobné a měly jednoduchou stavbu těla. Postupně se z nich však vyvinuly kapradiny a další výtrusné rostliny včetně obřích stromových forem, nahosemenné, k nimž patří jehličnany či cykasy. A nakonec i krytosemenné [kvetoucí] rostliny. Při kolonizaci souše se rostliny musely přizpůsobit novému prostředí a vyvinout zcela nové struktury – listy, stonky, kořeny či rozmnožovací orgány. O evoluci suchozemských rostlin donedávna informovaly jen paleontologie a rostlinná anatomie. Moderní techniky molekulární biologie ji však nyní umožňují studovat také na úrovni genů. A právě to přináší nové důležité poznatky.
–RED–
