Sumar plöntur geta lifað mánuði án vatns, aðeins til að verða grænar aftur eftir stutta rigningu. Nýleg rannsókn háskólanna í Bonn og Michigan sýnir að þetta er ekki vegna „kraftaverkagena“. Frekar er þessi hæfileiki afleiðing af heilu neti gena, sem næstum öll eru einnig til staðar í viðkvæmari afbrigðum. Niðurstöðurnar hafa þegar birst á netinu í Plöntutímaritið.
Í rannsókn sinni skoðuðu vísindamennirnir tegund sem lengi hefur verið rannsökuð við háskólann í Bonn — upprisuplantan Craterostigma plantagineum. Það ber nafn sitt með réttu: Á þurrkatímum gæti maður haldið að það sé dautt. En jafnvel eftir mánaða þurrka dugar smá vatn til að endurlífga það. „Við stofnunina okkar höfum verið að rannsaka hvernig álverið gerir þetta í mörg ár,“ útskýrir prófessor Dr. Dorothea Bartels frá Institute of Molecular Physiology and Biotechnology of Plants (IMBIO) við háskólann í Bonn.
Áhugamál hennar eru ma gen sem bera ábyrgð á þurrkaþoli. Það varð æ ljósara að þessi hæfileiki er ekki afleiðing af einu „kraftaverkageni“. Þess í stað koma mjög mörg gen við sögu, sem flest finnast líka í tegundum sem ráða ekki svo vel við þurrka.
Plöntan hefur átta eintök af hverjum litningi
Í þessari rannsókn greindi teymi Bartel, ásamt vísindamönnum frá háskólanum í Michigan (BNA), allt erfðamengi Craterostigma plantagineum. Og þetta er byggt nokkuð flókið: Þó að flest dýr hafi tvö eintök af hverjum litningi - eitt frá móðurinni, eitt frá föðurnum - hefur Craterostigma átta. Slíkt „áttfalda“ erfðamengi er einnig kallað octoploid. Við mennirnir erum aftur á móti tvílitnir.
„Slíka fjölgun erfðaupplýsinga má sjá hjá mörgum plöntur sem hafa þróast undir erfiðar aðstæður“ segir Bartels. En hvers vegna er það? Líkleg ástæða: Ef gen er til í átta eintökum í stað tveggja er í grundvallaratriðum hægt að lesa það fjórfalt hraðar. Octoploid erfðamengi getur því gert það kleift að framleiða mikið magn af nauðsynlegu próteini mjög hratt. Þessi hæfileiki virðist einnig vera mikilvægur fyrir þróun þurrkaþol.
Í Craterostigma eru sum gen sem tengjast meiri þurrkaþoli enn frekar afrituð. Þar á meðal eru svokölluð ELIPs—skammstöfunin stendur fyrir „early light inducable prótein,“ þar sem þau eru fljótt kveikt af ljósi og vernda gegn oxunarálagi. Þeir koma fyrir í miklum fjölda afrita í öllum þurrkaþolnum tegundum.
"Craterostigma hefur nálægt 200-ELIP gen sem eru næstum eins og eru staðsett í stórum klösum af tíu eða tuttugu eintökum á mismunandi litningum," útskýrir Bartels. Þurrkþolnar plöntur geta því væntanlega sótt í víðfeðmt net erfðavísa sem þær geta fljótt uppstillt ef til þurrka kemur.
Þurrkaviðkvæmar tegundir hafa venjulega sömu genin — þó í lægri fjölda eintaka. Þetta kemur heldur ekki á óvart: Fræ og frjókorn flestra plantna geta oft enn spírað eftir langan tíma án vatns. Svo hafa þeir líka erfðafræðilegt forrit til að verjast þurrkum. „Hins vegar er venjulega slökkt á þessu forriti við spírun og er ekki hægt að virkja það aftur eftir það,“ útskýrir grasafræðingurinn. „Í upprisuplöntum er það aftur á móti virkt.
Flestar tegundir „geta“ þurrkaþol
Þurrkaþol er því eitthvað sem langflestar plöntur „geta“. Genin sem veita þennan hæfileika komu líklega fram mjög snemma í þróunarferlinu. Hins vegar eru þessi net skilvirkari í tegundum sem þola þurrka og eru þar að auki ekki aðeins virk á ákveðnum stigum lífsferilsins.
Sem sagt, ekki allar frumur í Craterostigma plantagineum eru með sama „þurrkaáætlun“ heldur. Þetta sýndu vísindamenn frá háskólanum í Düsseldorf, sem einnig tóku þátt í rannsókninni. Til dæmis eru mismunandi þurrkagen virk í rótum við þurrkun en í laufum. Þessi niðurstaða er ekki óvænt: Lauf þurfa til dæmis að verja sig gegn skaðlegum áhrifum sólarinnar. Þeir fá aðstoð við þetta af ELIPs, til dæmis. Með nægum raka myndar plöntan ljóstillífandi litarefni sem gleypa að minnsta kosti að hluta til geislun. Þessi náttúruvernd bregst að mestu við þurrka. Rætur, aftur á móti, þurfa ekki að hafa áhyggjur af sólbruna.
Rannsóknin bætir skilning á hvers vegna sumir tegundir þjáist svo lítið af þurrkum. Til lengri tíma litið gæti það því stuðlað að ræktun á ræktun eins og hveiti eða maís sem takast betur á við þurrka. Á tímum loftslagsbreytinga er líklegt að eftirspurn eftir þeim verði meiri en nokkru sinni fyrr í framtíðinni.