ზოგიერთ მცენარეს შეუძლია თვეების განმავლობაში წყლის გარეშე გადარჩენა, მაგრამ ხანმოკლე წვიმის შემდეგ კვლავ მწვანე ხდება. ბონისა და მიჩიგანის უნივერსიტეტების ბოლო კვლევამ აჩვენა, რომ ეს არ არის გამოწვეული "სასწაული გენით". პირიქით, ეს უნარი არის გენების მთელი ქსელის შედეგი, რომლებიც თითქმის ყველა ასევე გვხვდება უფრო დაუცველ ჯიშებში. შედეგები უკვე გამოჩნდა ინტერნეტში მცენარეთა ჟურნალი.
თავის კვლევაში მკვლევარებმა დაათვალიერეს სახეობა, რომელსაც დიდი ხანია სწავლობდნენ ბონის უნივერსიტეტში - მკვდრეთით მკვდრეთით მცენარე Craterostigma plantagineum. იგი სამართლიანად ატარებს თავის სახელს: გვალვის დროს შეიძლება იფიქროს, რომ მკვდარია. მაგრამ თვეების გვალვის შემდეგაც კი, ცოტა წყალიც საკმარისია მის გასაცოცხლებლად. „ჩვენს ინსტიტუტში მრავალი წელია ვსწავლობთ, თუ როგორ აკეთებს მცენარე ამას“, განმარტავს პროფესორი დოროთეა ბარტელსი ბონის უნივერსიტეტის მცენარეთა მოლეკულური ფიზიოლოგიისა და ბიოტექნოლოგიის ინსტიტუტიდან (IMBIO).
მის ინტერესებში შედის გენების რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან გვალვის ტოლერანტობაზე. სულ უფრო ცხადი ხდებოდა, რომ ეს უნარი არ არის ერთი „სასწაული გენის“ შედეგი. ამის ნაცვლად, ჩართულია მრავალი გენი, რომელთა უმეტესობა ასევე გვხვდება სახეობებში, რომლებიც არც ისე კარგად უმკლავდებიან გვალვას.
მცენარეს აქვს თითოეული ქრომოსომის რვა ასლი
მიმდინარე კვლევაში, ბარტელის გუნდმა, მიჩიგანის უნივერსიტეტის მკვლევარებთან ერთად (აშშ), გააანალიზა Craterostigma plantagineum-ის სრული გენომი. და ეს საკმაოდ რთულია: მიუხედავად იმისა, რომ ცხოველთა უმეტესობას აქვს თითოეული ქრომოსომის ორი ასლი - ერთი დედისგან, ერთი მამისგან - კრატეროსტიგმას აქვს რვა. ასეთ "რვაჯერ" გენომს ასევე უწოდებენ ოქტოპლოიდს. ჩვენ, ადამიანები, პირიქით, დიპლოიდები ვართ.
„გენეტიკური ინფორმაციის ასეთი გამრავლება ბევრში შეიმჩნევა მცენარეთა რომ განვითარდა ქვეშ ექსტრემალური პირობები”, - ამბობს ბარტელსი. მაგრამ რატომ არის ეს? სავარაუდო მიზეზი: თუ გენი ორი ეგზემპლარის ნაცვლად რვა ეგზემპლარად არის წარმოდგენილი, მისი წაკითხვა პრინციპში ოთხჯერ სწრაფად შეიძლება. ამრიგად, ოქტოპლოიდურ გენომს შეუძლია უზრუნველყოს დიდი რაოდენობით საჭირო ცილის ძალიან სწრაფად წარმოება. ეს უნარი ასევე მნიშვნელოვანია განვითარებისთვის გვალვის ტოლერანტობა.
კრატეროსტიგმაში, ზოგიერთი გენი, რომელიც დაკავშირებულია გვალვისადმი უფრო მეტ ტოლერანტობასთან, კიდევ უფრო იმეორებს. ეს მოიცავს ეგრეთ წოდებულ ELIP-ებს - აკრონიმი ნიშნავს "ადრეული სინათლის ინდუცირებადი ცილებს", რადგან ისინი სწრაფად ირთვებიან სინათლის მიერ და იცავენ ოქსიდაციური სტრესისგან. ისინი გვხვდება დიდი რაოდენობით გვალვისადმი ტოლერანტულ ყველა სახეობაში.
„კრატეროსტიგმას აქვს დაახლოებით 200-ELIP გენი, რომლებიც თითქმის იდენტურია და განლაგებულია ათი ან ოცი ეგზემპლარის დიდ ჯგუფად სხვადასხვა ქრომოსომაზე“, განმარტავს ბარტელსი. გვალვისადმი ტოლერანტულ მცენარეებს, სავარაუდოდ, შეუძლიათ გამოიყენონ გენების ფართო ქსელი, რომელიც მათ შეუძლიათ სწრაფად დაარეგულირონ გვალვის შემთხვევაში.
გვალვისადმი მგრძნობიარე სახეობებს, როგორც წესი, აქვთ იგივე გენები - თუმცა უფრო დაბალი ასლებით. ეს არც არის გასაკვირი: მცენარის უმეტესობის თესლებსა და მტვერს ხშირად ჯერ კიდევ შეუძლიათ გაღივება წყლის გარეშე ხანგრძლივი პერიოდის შემდეგ. ასე რომ, მათ ასევე აქვთ გვალვისგან დაცვის გენეტიკური პროგრამა. ”თუმცა, ეს პროგრამა ჩვეულებრივ გამორთულია გამწვანების დროს და არ შეიძლება ხელახლა გააქტიურდეს შემდეგ”, - განმარტავს ბოტანიკოსი. „აღდგომის მცენარეებში, პირიქით, ის აქტიური რჩება“.
სახეობების უმეტესობას „შეუძლია“ გვალვის ტოლერანტობა
მაშასადამე, გვალვის ტოლერანტობა არის ის, რისი გაკეთებაც მცენარეთა დიდ უმრავლესობას შეუძლია. გენები, რომლებიც ამ უნარს ანიჭებენ, სავარაუდოდ, ძალიან ადრე გაჩნდა ევოლუციის პროცესში. თუმცა, ეს ქსელები უფრო ეფექტურია გვალვაგამძლე სახეობებში და, უფრო მეტიც, არ არის აქტიური მხოლოდ სასიცოცხლო ციკლის გარკვეულ ეტაპებზე.
ამასთან, Craterostigma plantagineum-ის ყველა უჯრედს არ აქვს იგივე „გვალვის პროგრამა“. ეს აჩვენეს დიუსელდორფის უნივერსიტეტის მკვლევარებმა, რომლებიც ასევე მონაწილეობდნენ კვლევაში. მაგალითად, გვალვის ქსელის სხვადასხვა გენი აქტიურია ფესვებში გაშრობის დროს, ვიდრე ფოთლებში. ეს დასკვნა არ არის მოულოდნელი: მაგალითად, ფოთლებს სჭირდებათ დაცვა მზის მავნე ზემოქმედებისგან. მათ ამაში, მაგალითად, ELIP-ები ეხმარებიან. საკმარისი ტენიანობით, მცენარე აყალიბებს ფოტოსინთეზურ პიგმენტებს, რომლებიც ნაწილობრივ მაინც შთანთქავს რადიაციას. ეს ბუნებრივი დაცვა დიდწილად ვერ ხერხდება გვალვის დროს. ფესვები, პირიქით, არ უნდა ინერვიულოთ მზის დამწვრობის შესახებ.
კვლევა აუმჯობესებს იმის გაგებას, თუ რატომ ზოგიერთი სახეობების ასე ნაკლებად განიცდიან გვალვას. გრძელვადიან პერსპექტივაში, ამან შეიძლება ხელი შეუწყოს ისეთი კულტურების მოშენებას, როგორიცაა ხორბალი ან სიმინდი, რომლებიც უკეთესად უმკლავდებიან გვალვა. კლიმატის ცვლილების დროს, ისინი, სავარაუდოდ, უფრო დიდი მოთხოვნა იქნება, ვიდრე ოდესმე მომავალში.