Rostliny se mohou přizpůsobit klimatickým změnám, aniž by změnily svoji DNA

Vysoké teploty, sucho, nedostatek živin… Klimatické změny ovlivňují také rostliny. Jak se mohou adaptovat, aby přežily v nových podmínkách? Mezinárodní tým pod vedením vědců z Botanického ústavu AV ČR prokázal, že se klonální rostliny mohou přizpůsobit změně klimatu, aniž by změnily svoji DNA. Umožňuje jim to epigenetická paměť. Výsledky studie publikoval časopis New Phytologist.

Svět a jeho klima se velmi rychle mění. Vzhledem k relativně pomalým evolučním procesům, které závisejí především na náhodných mutacích, není jisté, zda se rostliny a další méně pohyblivé organismy mohou na nové podmínky dostatečně rychle adaptovat. Výzkumný tým však poprvé na přírodních populacích ukázal, že by evoluce rostlin mohla být zajištěna nejen náhodnými změnami v kódu DNA, jak předpokládá současná evoluční teorie, ale i pomocí epigenetických procesů, kterými rostliny reagují na přírodní podmínky.

Epigenetické mechanismy umožňují změny v aktivitě genů a mohou se dědit z generace na generaci bez toho, aniž by rostliny měnily svoji DNA. „Zapínání“ a „vypínání“ určitých genů umožňuje organismům reagovat na měnící se prostředí a ovlivňovat tak jejich růst. Tato dědičná regulace genů není nahodilá, je částečně podmíněna přírodními podmínkami a probíhá mnohem rychleji než náhodné změny v kódu DNA, které mají podobný efekt na výslednou podobu jedinců.

„U náhodných mutací jsou změny v sekvenci DNA řádově tisíckrát pomalejší než změny v epigenomu. Epigenetická paměť tak rostlinám nabízí alternativní a potenciálně rychlejší způsob adaptace na odlišné přírodní podmínky,“ vysvětluje jeden z hlavních autorů studie Vít Latzel z oddělení populační ekologie Botanického ústavu AV ČR.

Rostliny pod stresem
Předchozí průzkum dokázal, že rostliny mohou připravit své potomky na různé stresové jevy, jako je například sucho či nedostatek živin. Úlohu epigenetických mechanismů v tomto procesu však vědci dosud nikdy jednoznačně nepotvrdili v přírodních podmínkách. Výzkum na široce rozšířeném druhu jahodníku obecného jako jeden z prvních svého druhu potvrdil, že lokální klima, jako je nízká či naopak vysoká teplota, vyvolává charakteristickou epigenetickou variabilitu (v tomto případě metylaci DNA), která rostlinám umožňuje reagovat na okolní klimatické podmínky.

Lidé rostlinu znají jako lesní jahody. Pro odborníky má jahodník obecný (Fragaria vesca) několik výhod. Vyskytuje se v různých klimatických podmínkách, od teplých oblastí jižní Evropy až po chladné oblasti Skandinávie. Rozmnožuje se klonálně i sexuálně, používá tedy všechny reprodukční strategie. „Jahodník má malý genom, a to ulehčuje jeho genetickou analýzu. Zároveň je k dispozici jeho referenční genom, což znamená, že víme, co jednotlivé geny kódují,“ dodává Vít Latzel.

Jahodník se rozmnožuje pomocí šlahounů, kdy na konci každého z nich roste nová klonální rostlinka.

Již dříve výzkumníci z Botanického ústavu AV ČR zjistili, že si rostliny jahodníku pamatují přírodní podmínky předchozích generací, což jim umožňuje přežít oproti geneticky totožným rostlinám, kterým byla paměť odstraněna. Nicméně přímý důkaz, že paměť zajišťují právě epigenetické procesy chyběl.

V nově publikované studii se výzkumný tým zaměřil na klimatické podmínky od vysokých teplot (jižní Evropa, nížiny) po chladné podmínky Skandinávie (Norsko), dále pak na množství srážek. „Výsledky ukázaly, že nejdůležitějším faktorem byla právě vysoká teplota. Ostatní klimatické faktory neměly na epigenetickou paměť takový efekt,“ říká Vít Latzel.

Vědci tak přímo prokázali, že je klimatem indukovaná paměť podmíněna epigenetickou variabilitou, která je dědičná přes několik generací a přímo ovlivňuje funkci genů potřebných k úspěšnému přežívání zvýšených teplot. Zjištění je klíčové, protože potvrzuje, že má dědičná epigenetická variabilita vliv na funkci genů spojených s růstem rostlin a jejich reakcí na stres.

Díky této schopnosti dokážou rostliny připravit své potomky na podmínky, které mohou očekávat v průběhu života. „Tato adaptace je zvlášť pozoruhodná, protože nepotřebuje žádné změny v samotné DNA a je tudíž výrazně rychlejší. To poskytuje přímý důkaz, že epigenetické mechanismy mohou přispívat k adaptaci rostlin na měnící se prostředí,“ doplňuje Vít Latzel.

Výzkum pokračuje i nadále. Nyní se vědci zaměřují na porovnání epigenetické paměti mezi potomky, kteří vznikli ze semen (sexuální potomci), a těmi, kteří pocházejí z ramet (klonální potomci). Studují rovněž vliv mykorhizy a epigenetické paměti v navazování vztahů mezi houbou a hostitelem.

Tisková zpráva je k dispozici na webových stránkách Akademie věd ČR.

O epigenetice rostlin si můžete přečíst také v článku Rostliny s němými geny, který vyšel v magazínu A / Věda a výzkum.

Text: Markéta Wernerová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR, s využitím tiskové zprávy Botanického ústavu AV ČR
Foto: Shutterstock

 Text je uvolněn pod svobodnou licencí Creative Commons.

Přečtěte si také

• O myších a lidech. Vědci zjistili souvislosti migračních tras člověka a myši
• Svůj svátek slaví i včely. Jaká je role opylovačů v krajině a co je ohrožuje?
• Evoluce věčně živá. V čem tkví podstata biologické rozmanitosti?
• Pozor na klíšťata v městských parcích, jsou nebezpečná, varují odborníci
• Unikátní rozmnožování skokanů z Moravy potvrdili vědci i u dalšího druhu žáby
• Embrya parazitických ryb hořavek se naučila přemet, který jim umožňuje přežít
• Na světě klesá počet velkých šelem – vymírání čelí například levharti
• Vědec chce rozlousknout záhadu rozmanitosti přírody za pomoci mušek octomilek
• Ekosystémové stanice: tiší strážci zkoumají „dech“ krajiny a dopady změn klimatu
• Vědci předkládají zajímavou teorii: křídla hmyzu se mohla vyvinout z žaber