Odkrycia naukowców z Polski i Ameryki

Jak powstaje roślina wiesiołek na poziomie genetycznym? Zespół naukowców z Polski i Ameryki znalazł na to pytanie odpowiedź.

Dziedziczenie to złożony problem. Które geny pochodziły od matki i które zostały odziedziczone po ojcu? Pewne jest, że każda matka i ojciec dziedziczą 50 procent swojego materiału genetycznego, zarówno w roślinach, jak i u zwierząt i ludzi. To jednak nie wszystko, ponieważ oprócz rzeczywistego genomu w jądrze komórkowym istnieją również organelle, które mają swój własny, mały genom. Obejmują one mitochondria, a w przypadku roślin dodatkowo chloroplasty. Te organelle są zazwyczaj przekazywane wyłącznie matce potomstwu, chociaż są wyjątki.

Jednym z takich wyjątków jest wiesiołek, roślina pochodząca z Ameryki i wprowadzona do Europy w XVII wieku. Dziś jest integralną częścią flory środkowej Europy.

Genetyczna walka

W badaniach roślin wiesiołek jest popularną rośliną modelową, jeśli chodzi o badania dziedziczenia organelli, ponieważ oboje rodzice wiesiołka mogą odziedziczyć materiał genetyczny chloroplastu na potomstwo. Może to jednak powodować problemy, ponieważ wiadomo, że organelle macierzyńskie i ojcowskie konkurują ze sobą. Nie mogą współistnieć w potomstwie, ponieważ konkurują o zasoby komórkowe, więc jeden wariant musi przeważyć.

Ale jak chloroplasty walczą? Na to pytanie nie można było długo odpowiedzieć. Zespół badawczy Stephana Greinera z MPI-MP i współpracownicy z Kanady, Polski i USA odkryli ten sekret w swoich bieżących badaniach. Udało im się wykazać, że metabolizm kwasów tłuszczowych jest zdecydowanie odpowiedzialny za to, że chloroplast jest lepszy od drugiego. – Najbardziej zaskakujące było dla nas odkrycie, że „walka” między genomami chloroplastów nie jest podejmowana bezpośrednio na poziomie genów, tj. w samym materiale genetycznym, ale że metabolizm odgrywa tutaj ważną rolę – stwierdza Stephan Greiner.

Odkrycia naukowców

Zespół badawczy zidentyfikował między innymi enzym, który katalizuje pierwszy, a tym samym ograniczający etap metabolizmu kwasów tłuszczowych. W swoich analizach naukowcy odkryli, że gen odpowiedzialny za syntezę tego enzymu ulega szybkiej ewolucji. Te szybkie zmiany umożliwiają wyścig zbrojeń między chloroplastami ojcowskimi i matczynymi. Powodują mutacje, które mogą prowadzić do poprawy właściwości chloroplastów. Zmieniona synteza kwasów tłuszczowych może np. zmienić skład powłoki chloroplastowej, co może być zaletą.

Odkrycia naukowców pomagają bardziej szczegółowo zrozumieć mechanizmy ewolucji. W rzeczywistości duża konkurencja między chloroplastami matczynymi i ojcowskimi może skutkować nieżywotnym potomstwem. W tym przypadku rośliny macierzyste są niekompatybilne. Dzięki wiedzy o mechanizmach, które za tym stoją, można sobie wyobrazić, że można pokonać takie ograniczenia, a w przyszłości będzie można tworzyć nowatorskie przejścia, np. w celu hodowania bardziej produktywnych lub odpornych upraw.