Který strom na zimu shazuje jehličí?
Genetici pracují na záhadě, proč je modřín jediným jehličnanem, který shazuje jehličí
Mezinárodní skupina vědců ze SibFU a univerzity v Göttingenu studovala geneticky podmíněný mechanismus sezónní opadavosti u sibiřského modřínu, jediného druhu z čeledi borovicovitých, který je schopen na podzim shazovat jehličí.
Mezinárodní skupina vědců ze SibFU a univerzity v Göttingenu studovala geneticky podmíněný mechanismus sezónní opadavosti u sibiřského modřínu, jediného druhu z čeledi borovicovitých, který je schopen na podzim shazovat jehličí. Technologie sekvenování nové generace umožnily studovat tento fenomén na úrovni celého genomu, identifikovat a porovnávat molekulárně genetické mechanismy stárnutí listů a jehel u krytosemenných a nahosemenných rostlin.
V průběhu evoluce si kvetoucí rostliny i některé nahosemenné rostliny vyvinuly zvláštní přizpůsobení zimě a nepříznivým životním podmínkám, známé jako opadavost. Pro vědu je zvláště zajímavý sibiřský modřín (Larix sibirica Ledeb.) je jediný strom z čeledi borovicovitých (Pinaceae), schopné na podzim shazovat jehličí.
První autor publikace je studentem magisterského studia na katedře genomiky a bioinformatiky Sibiřské federální univerzity Anastasia Batalová uvedl, že pomocí srovnávací analýzy genomů stálezelených a listnatých stromů bylo zjištěno, že geny řídící proteiny, které se podílejí na metabolismu cukrů (EXORDIUM LIKE 2 a DORMANCY-ASSOCIATED PROTEIN 1) jsou zastoupeny v největším množství v genomu sibiřského modřín. EXORDIUM LIKE 2 se podílí na vnímání signálů snížené dostupnosti uhlíku, což pomáhá spouštět recyklaci buněčných složek prostřednictvím autofagie (tzv. proces trávení a opětovného využití degradovaných buněčných složek – přirozené zpracování odpadu) během sezónního stárnutí.
To umožňuje šetřit rostlinné zdroje, které se ztrácejí při shazování jehličí a jsou nezbytné pro následnou regeneraci nových jehličí na jaře. DORMANCY-ASSOCIATED PROTEIN 1 (DRM1), nízkospecifický senzor cukru, který se také podílí na přechodu rostliny do stavu fyziologické dormance. Zároveň je v genomech stálezelených rostlin nadbytek genů, které řídí proteiny fungující jako imunitní receptory. Tyto proteiny poskytují odolnost vůči stresu a patogenům a mohou být spojeny s delší životností u jehličnanů. To podporuje roli imunitní obrany při regulaci životnosti listů.
Dalším důležitým závěrem vědců bylo objasnění role tzv. protektivních genů – zástupci této rodiny kontrolují na leucin bohaté repetice receptor-like kináz (LRR-RLK). S největší pravděpodobností měly hlavní podíl na rozdílu mezi stálezelenými a listnatými rostlinami.
„Genetická regulace sezónního stárnutí, na kterou se studie zaměřuje, je základním biologickým problémem spojeným s programovanou buněčnou smrtí a délkou života. Podle našeho názoru je velmi důležité pochopit vývoj těchto mechanismů. Řešení problému genetické regulace stárnutí je zásadní pro nové objevy v biomedicíně – lidstvo se nakonec bude vždy snažit žít déle. Možná se naučíme řešit otázky dlouhověkosti na příkladu stromů,“ řekl vědecký ředitel studie, profesor katedry genomiky a bioinformatiky Sibiřské federální univerzity, čestný profesor Sibiřské federální univerzity a Univerzity v Göttingenu. Konstantin Krutovský. Vědec poznamenal, že v budoucnu se plánuje srovnávací studie genomů dalších druhů rostlinných organismů, která může poskytnout podrobnější informace o genetických rozdílech mezi stálezelenými a opadavými druhy.
Koncept a metodologii studie společně vyvinuli krasnojarští vědci – Anastasia Batalova, Julia Putinceva (Katedra biofyziky Sibiřská federální univerzita) a Michail Sadovský (Ústav výpočetního modelování SB RAS) pod vedením prof Konstantin Krutovský. Výpočty a zpracování dat provedl vedoucí katedry vysoce výkonných výpočtů Ústavu kosmických a informačních technologií Dmitrij Kuzmin a vědecký pracovník katedry Vadim Šarov.
