Μερικά φυτά μπορούν να επιβιώσουν μήνες χωρίς νερό, μόνο για να πρασινίσουν ξανά μετά από μια σύντομη βροχόπτωση. Μια πρόσφατη μελέτη από τα Πανεπιστήμια της Βόννης και του Μίσιγκαν δείχνει ότι αυτό δεν οφείλεται σε ένα «θαυματουργό γονίδιο». Μάλλον, αυτή η ικανότητα είναι συνέπεια ενός ολόκληρου δικτύου γονιδίων, σχεδόν όλα τα οποία υπάρχουν και σε πιο ευάλωτες ποικιλίες. Τα αποτελέσματα έχουν ήδη εμφανιστεί στο διαδίκτυο Το περιοδικό Plant.
Στη μελέτη τους, οι ερευνητές έριξαν μια προσεκτική ματιά σε ένα είδος που έχει μελετηθεί από καιρό στο Πανεπιστήμιο της Βόννης - το φυτό ανάστασης Craterostigma plantagineum. Δικαίως φέρει το όνομά του: Σε περιόδους ξηρασίας, θα μπορούσε κανείς να σκεφτεί ότι είναι νεκρό. Αλλά και μετά από μήνες ξηρασίας, λίγο νερό αρκεί για να το ξαναζωντανέψει. «Στο ινστιτούτο μας, μελετάμε πώς το κάνει αυτό το φυτό εδώ και πολλά χρόνια», εξηγεί η καθ. Δρ. Dorothea Bartels από το Ινστιτούτο Μοριακής Φυσιολογίας και Βιοτεχνολογίας των Φυτών (IMBIO) στο Πανεπιστήμιο της Βόννης.
Τα ενδιαφέροντά της περιλαμβάνουν το γονίδια που ευθύνονται για την ανοχή στην ξηρασία. Έγινε όλο και πιο ξεκάθαρο ότι αυτή η ικανότητα δεν είναι το αποτέλεσμα ενός μόνο «θαυματουργού γονιδίου». Αντίθετα, εμπλέκονται πολλά γονίδια, τα περισσότερα από τα οποία βρίσκονται επίσης σε είδη που δεν αντιμετωπίζουν τόσο καλά την ξηρασία.
Το φυτό έχει οκτώ αντίγραφα από κάθε χρωμόσωμα
Στην τρέχουσα μελέτη, η ομάδα του Bartel, μαζί με ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Μίσιγκαν (ΗΠΑ), ανέλυσαν το πλήρες γονιδίωμα του Craterostigma plantagineum. Και αυτό είναι αρκετά περίπλοκο: Ενώ τα περισσότερα ζώα έχουν δύο αντίγραφα από κάθε χρωμόσωμα - ένα από τη μητέρα, ένα από τον πατέρα - το Craterostigma έχει οκτώ. Ένα τέτοιο «οκταπλό» γονιδίωμα ονομάζεται επίσης οκτοπλοειδές. Εμείς οι άνθρωποι, αντίθετα, είμαστε διπλοειδείς.
«Ένας τέτοιος πολλαπλασιασμός γενετικών πληροφοριών μπορεί να παρατηρηθεί σε πολλούς φυτά που έχουν εξελιχθεί κάτω από ακραίες συνθήκες», λέει ο Bartels. Αλλά γιατί είναι αυτό; Ένας πιθανός λόγος: Εάν ένα γονίδιο υπάρχει σε οκτώ αντίγραφα αντί για δύο, μπορεί κατ' αρχήν να διαβαστεί τέσσερις φορές πιο γρήγορα. Ένα οκτοπλοειδές γονιδίωμα μπορεί επομένως να επιτρέψει την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων μιας απαιτούμενης πρωτεΐνης πολύ γρήγορα. Αυτή η ικανότητα φαίνεται επίσης να είναι σημαντική για την ανάπτυξη του ανοχή στην ξηρασία.
Στο Craterostigma, ορισμένα γονίδια που σχετίζονται με μεγαλύτερη ανοχή στην ξηρασία αναπαράγονται ακόμη περισσότερο. Αυτά περιλαμβάνουν τα λεγόμενα ELIPs—το ακρωνύμιο σημαίνει «πρώιμες πρωτεΐνες επαγώγιμες από το φως», καθώς ενεργοποιούνται γρήγορα από το φως και προστατεύουν από το οξειδωτικό στρες. Εμφανίζονται σε μεγάλους αριθμούς αντιγράφων σε όλα τα ανθεκτικά στην ξηρασία είδη.
«Το Craterostigma έχει σχεδόν 200-ELIP γονίδια που είναι σχεδόν πανομοιότυπα και βρίσκονται σε μεγάλες ομάδες δέκα ή είκοσι αντιγράφων σε διαφορετικά χρωμοσώματα», εξηγεί ο Bartels. Τα ανθεκτικά στην ξηρασία φυτά μπορούν να αντλήσουν κατά πάσα πιθανότητα ένα εκτεταμένο δίκτυο γονιδίων που μπορούν να ρυθμίσουν γρήγορα προς τα πάνω σε περίπτωση ξηρασίας.
Τα ευαίσθητα στην ξηρασία είδη έχουν συνήθως τα ίδια γονίδια—αν και σε μικρότερο αριθμό αντιγράφων. Αυτό επίσης δεν προκαλεί έκπληξη: Οι σπόροι και η γύρη των περισσότερων φυτών είναι συχνά ακόμη σε θέση να βλαστήσουν μετά από μεγάλες περιόδους χωρίς νερό. Έτσι έχουν και ένα γενετικό πρόγραμμα προστασίας από την ξηρασία. «Ωστόσο, αυτό το πρόγραμμα συνήθως απενεργοποιείται κατά τη βλάστηση και δεν μπορεί να ενεργοποιηθεί ξανά μετά», εξηγεί ο βοτανολόγος. «Στα φυτά της ανάστασης, αντίθετα, παραμένει ενεργό».
Τα περισσότερα είδη «μπορούν να κάνουν» ανοχή στην ξηρασία
Η ανοχή στην ξηρασία, λοιπόν, είναι κάτι που η συντριπτική πλειοψηφία των φυτών «μπορεί να κάνει». Τα γονίδια που παρέχουν αυτή την ικανότητα πιθανώς εμφανίστηκαν πολύ νωρίς στην πορεία της εξέλιξης. Ωστόσο, αυτά τα δίκτυα είναι πιο αποτελεσματικά σε είδη ανθεκτικά στην ξηρασία και, επιπλέον, δεν είναι ενεργά μόνο σε ορισμένα στάδια του κύκλου ζωής.
Τούτου λεχθέντος, ούτε κάθε κύτταρο στο Craterostigma plantagineum έχει το ίδιο «πρόγραμμα ξηρασίας». Αυτό έδειξαν ερευνητές από το Πανεπιστήμιο του Ντίσελντορφ, οι οποίοι συμμετείχαν επίσης στη μελέτη. Για παράδειγμα, διαφορετικά γονίδια δικτύου ξηρασίας είναι ενεργά στις ρίζες κατά την αποξήρανση παρά στα φύλλα. Αυτό το εύρημα δεν είναι απροσδόκητο: τα φύλλα, για παράδειγμα, πρέπει να προστατεύονται από τις βλαβερές συνέπειες του ήλιου. Σε αυτό βοηθούνται, για παράδειγμα, τα ELIP. Με επαρκή υγρασία, το φυτό σχηματίζει φωτοσυνθετικές χρωστικές που απορροφούν τουλάχιστον εν μέρει την ακτινοβολία. Αυτή η φυσική προστασία αποτυγχάνει σε μεγάλο βαθμό κατά τη διάρκεια της ξηρασίας. Οι ρίζες, αντίθετα, δεν χρειάζεται να ανησυχούν για το ηλιακό έγκαυμα.
Η μελέτη βελτιώνει την κατανόηση του γιατί ορισμένοι είδος υποφέρουν τόσο λίγο από την ξηρασία. Μακροπρόθεσμα, θα μπορούσε επομένως να συμβάλει στην αναπαραγωγή καλλιεργειών όπως το σιτάρι ή το καλαμπόκι που αντιμετωπίζουν καλύτερα ξηρασία. Σε περιόδους κλιματικής αλλαγής, αυτά είναι πιθανό να έχουν μεγαλύτερη ζήτηση από ποτέ στο μέλλον.