Když před 66 miliony let na Zemi dopadl asteroid o velikosti Mount Everestu, vyhubil všechny nelétající dinosaury a zhruba třetinu života na planetě. Mnoho rostlin však zkázu přežilo. V nové studii časopisu Cell vědci z Vlámského institutu pro biotechnologii a Gentské univerzity odhalují, že náhodné duplikace genomů mohly mnoha kvetoucím rostlinám pomoci přežít i ty nejextrémnější environmentální otřesy v historii Země. Tato strategie by mohla pomoci rostlinám přizpůsobit se rychlým klimatickým změnám, které se odehrávají dnes.
„Duplikace celého genomu je ve stabilním prostředí často vnímána jako evoluční slepá ulička ,“ říká Yves Van de Peer, profesor působící ve Vlámském institutu pro biotechnologii (VIB), jenž je rovněž držitelem grantu ERC. „Ale v náročných situacích může poskytnout neočekávané výhody ,“ dodává.
Většina organismů nese dvě sady chromozomů, tedy jednu od každého rodiče. U kvetoucích rostlin však mnoho druhů nese další sady v důsledku náhodné duplikace celého genomu. Například většina pěstovaných banánů má tři sady chromozomů, zatímco pšenice jich může mít až šest. V takovém případě se jedná o stav známý jako polyploidie.
K duplikaci celého genomu dochází u rostlin relativně často, může pro ně však přinést komplikace. Větší genomy vyžadují k udržení více živin, zvyšují riziko vzniku škodlivých mutací a ovlivňují plodnost. Z těchto důvodů se ve volné přírodě zachovává a předává z generace na generaci pouze malá část duplikovaných genomů.
Na druhou stranu, duplikace genomu mohou zvýšit genetické variability a geny si mohou vyvinout nové funkce. Tyto změny mohou organismům pomoci lépe snášet podmínky, jako je horko nebo sucho.
Síla rostlin
Aby pochopili, proč některé duplikované genomy přetrvávají, Van de Peer a jeho tým analyzovali genomy 470 druhů kvetoucích rostlin a vytvořili tak jednu z největších datových sad svého druhu. Hledali bloky genů, které se objevují v téměř identických párech. To totiž značí předchozí duplikaci celého genomu. Poté porovnali data s informacemi ze 44 rostlinných fosilií, aby odhadli, kdy k těmto duplikacím došlo.
Jejich analýza odhalila pozoruhodný vzorec. Vědci zjistili, že geny, které přetrvávají v čase, mají tendenci pocházet z duplikací celého genomu během velkých období environmentálních otřesů. Mezi ně patří masové vymírání vyvolané asteroidy před 66 miliony let, několik období globálního ochlazování, které vedly ke zhroucení ekosystémů, a geologické epochy poleocénu a eocénu, které asi před 56 miliony let přinesly rychlé globální oteplování.
Tato zjištění pomáhají vysvětlit dlouhotrvající záhadu, proč je duplikace genomu běžná, ale jen v málo případech přetrvává v rostlinných genomech po miliony let. Během zmíněných extrémních podmínek mohly polyploidní rostliny získat oproti ostatním druhům výhodu. Vlastnosti, které za běžných podmínek výhodu nepředstavují, jako je udržení většího a složitějšího genomu, se tedy podle vědců mohou stát prospěšnými.
Studie také nabízí vodítka k tomu, jak by rostliny mohly reagovat na dnes probíhající změnu klimatu. Během geologických epoch poleocénu a eocénu se totiž globální teploty zvýšily o 5 až 9 °C za zhruba 100 000 let, což je změna srovnatelná se současným oteplováním.
„Ačkoliv se současné klima otepluje rychlejším tempem, to, co pozorujeme v souvislosti s minulostí, naznačuje, že polyploidie může rostlinám pomoci vyrovnat se s těmito extrémními podmínkami ,“ říká Van de Peer.
Zdroje: Cell | ERC | VědaVýzkum.cz
Cílem portálu Vědavýzkum.cz je sdružovat informace o dění v oblasti výzkumu, vývoje a inovací, přinášet aktuality o vědní politice a podporovat diskusi o úspěších i výzvách české vědy.
Portál je určen především odborné veřejnosti, výzkumným a vývojovým pracovníkům výzkumných organizací a soukromých firem, pracovníkům vysokých škol, administrátorům projektů, zaměstnancům veřejné správy a samosprávy, investorům, studentům, novinářům – zkrátka všem, kteří se zajímají o problematiku výzkumu, vývoje a inovací a chtějí mít kvalitní informace.
Na portále vycházejí v průměru 3-4 články denně, vedle redakčních příspěvků a rozhovorů také nejzajímavější zprávy z veřejných vysokých škol, ústavů Akademie věd ČR a dalších výzkumných organizací. Významnou součástí portálu je rubrika blogy a rozhovory, do které pravidelně přispívají významné osobnosti české vědy.
Blog & Podcast by Pepik Hipik & Knižní kočka 