239 let a stále mlád? Rostliny hromadí mutace nečekaně pomalu

- Příroda autor: Jan Toman

Mutace jsou možná hlavním zdrojem novinek pro evoluci, z hlediska konkrétního jedince ale drtivá většina z nich nemá žádný efekt, nebo dokonce vede ke zhoršení životních funkcí a smrti individua. Stačí vzpomenout na různé druhy rakovin, které provázejí lidstvo odnepaměti. Značná část mutací přitom nevzniká působením vnějších faktorů, jako jsou ultrafialové paprsky, radioaktivita, nebo některé druhy chemických látek, ale čistě vlivem drobných chyb při kopírování DNA doprovázejícím dělení buněk.

Prakticky všichni živočichové na Zemi proto už v ranných stádiích svého vývoje „nechávají stranou“ tkáně, jejichž elementy se dále dělí jen velmi omezeně, jsou chráněné před vnějšími mutageny a dávají základ zárodečné linii mutacemi co nejméně zatížených pohlavních buněk. To ovšem platí jen pro naše zvířecí příbuzné. Co takové rostliny?

Tato neméně úspěšná linie mnohobuněčných organismů žádnou tvrdou bariérou mezi pohlavními a tělními buňkami neoplývá. Pohlavní orgány, například květy, rostliny nechají vypučet, kde se jim zrovna zamane. Biologové proto donedávna předpokládali, že rostliny, zejména ty velké a dlouhověké jako například stromy, hromadí mutace ve srovnání s námi daleko rychlejším tempem.

Z toho by vyplývalo, že se u rostlin může uplatňovat princip přirozeného výběru i v rámci jednoho organismu. Ty větve, kterým daly základ buňky s výhodnou mutací, by se mohly rozrůstat rychleji než ostatní a dát základ většímu množství pohlavních orgánů.

Naopak u těch částí rostliny, kterým daly základ buňky se škodlivými mutacemi, bychom čekali brzký zánik. Existenci takového "vnitroorganismálního" výběru nasvědčují i některé experimenty a pozorování. Třebaže možnost se škodlivými mutacemi je řádově častější, bylo zdokumentováno i "vylepšení" rostlin – třeba u eukalyptů, jejichž některé větve získaly prostřednictvím mutací růstových buněk odolnost proti parazitickému brouku.

Všechny úvahy o masivním hromadění mutací u rostlin a jejich předávání dalším generacím ale trochu staví na hlavu výsledky nedávných výzkumů. Mezinárodní tým pod vedením českého biologa Karla Říhy například minulý rok zdokumentoval, že počet mutací v rozmnožovacích orgánech huseníčku rolního vůbec nezávisí na počtu předchozích buněčných dělení.

Neméně překvapivé výsledky přinesl nedávný výzkum starobylého „napoleonova“ dubu rostoucího v areálu univerzity ve švýcarském Lausanne. Tým švýcarských výzkumníků zdokumentoval, že tento 239 let starý dub, který měl na svém kontě už 22 let, když pod ním roku 1800 prošel slavný vojevůdce při cestě do Itálie, hromadí ve svých tkáních mutace nečekaně pomalu.

Badatelé přitom vyšli ze způsobu, jakým rostliny zvětšují svá těla. Podoba stromu je výsledkem množení několika buněk dělivých pletiv na růstovém vrcholu a postranních pupenech. Výsledkem je modulární členění stromu a mnohočetné větvení.

Mutace, které vznikly v dělivých pletivech po odvětvení určité větve se tak předávají všem větvičkám z ní odvozeným, ale žádným dalším. Při růstu stromu tak dochází k postupné akumulaci různých mutací směrem od kmene, což by měla potvrdit i molekulárně-biologická data.

Přesně to se také po přečtení genomů 26 listů odebraných z různých větví památného dubu potvrdilo. Nalezené mutace se hromadily postupně a další přibývaly s počtem větvení směrem od kmene. Šokující bylo ovšem jejich množství. Zatímco modely odvozené z mezidruhových srovnání očekávaly 305 až 2600 změn jednotlivých "písmen" DNA, ve skutečnosti vědci objevili jistých rozdílů mezi různými větvemi jen 17. Dokonce i při nejvolnějším výkladu nasbíraných dat nepřesáhl počet odhalených změn 113.

Velká část z nich navíc odpovídala změnám, které jsou nejčastěji způsobené intenzivním UV zářením – nikoli mutacím vznikajícím při kopírování DNA a potažmo dělení buněk. Duby – ale patrně také ostatní stromy a rozměrné dlouhověké rostliny obecně – se tak ve své evoluci musely nějak "naučit", jak omezit množství mutací vznikající v dělivých pletivech. Množství prostředím podmíněných mutací rostliny omezují například důkladnou ochranou a stíněním dělivých pletiv. Mechanismy, kterými omezují množství těch ostatních, ale teprve čekají na probádání.

Zdroj: N Sarkar, E Schmid-Siegert, Ch Iseli, ..., P Reymond (2017): Low Rate of Somatic Mutations in a Long-Lived Oak Tree. BioRxiv, online.

Tagy: biologie zvířata a příroda věda a poznání mutace

Zdroje: Vlastní