Geny určující výnos zrna kukuřice  
Dvě formy jednoho enzymu ovlivňují počet semen a jejich velikost. Vypadá to, že by kukuřice mohla dávat vyšší úrodu s menšími dávkami dusíkatých hnojiv.

 

 

Zvětšit obrázek
Glutamin syntetáza

Vědci odhalili geny, které významně spolurozhodují o počtu a velikosti zrn v kukuřičném klasu. Není velkým překvapením, že tyto geny regulují metabolismus dusíku. Dostupnost dusíku do značné míry určuje jak růst, tak i výnos zemědělských plodin. Rostliny čerpají z vnějšího prostředí dusík v několika formách, ale rychle jej mění na amonné ionty, které obratem zabudovávají do organických sloučenin. Přitom sehrává důležitou roli enzym glutamin syntetáza, který katalyzuje vznik aminokyseliny glutaminu z amonných iontů a molekul kyseliny glutamové. Atom dusíku může tímto procesem projít opakovaně s tím, jak rostlina „přestavuje“ svá pletiva.

Zvětšit obrázek
Kukuřičné zrno se vytváří pod diktátem dvou forem enzymů zodpovědných za tvorbu glutaminu.

Nakonec může být atom dusíku použit pro tvorbu zásobních bílkovin uložených v semenech. Proto je glutamin syntetáza považována za enzym s rozhodujícím vlivem na růst rostlin jejich  výnos. 

 

 

 


Francouzští vědci Antoine Martinová a Bertrand Hirel z Národního centra pro zemědělský výzkum ve Versailles spolu s kolegy z Velké Británie, Španělska a Japonska nyní odhalili celkem nečekaný efekt dvou forem enzymu glutamin syntetázy na výnos kukuřice. Zvýšená aktivita těchto enzymů by mohla napomoci k lepšímu využívání dusíku rostlinami. To by znamenalo zvýšení výnosů s menšími nároky na dusíkatá hnojiva. Snížení dávek dusíkatých hnojiv by mělo nejen ekonomický ale i ekologický dopad.

 

 

Zvětšit obrázek
Průřez listem kukuřice. Uprostřed je cévní svazek obklopený buňkami pochvy. Kolem je listový mezofyl. Oba typy buněk se liší aktivitou forem glutamin syntetázy.

Každá ze dvou zkoumaných forem glutamin syntetázy je v rostlině vyráběna podle jiného genu, konkrétně podle genů označovaných jako Gln1-3 a Gln1-4. Vědci testovali mutované rostliny kukuřice, které měly narušen jeden ze studovaných genů. Rostliny s poškozeným genem Gln1-3 měly snížený počet zrn v palici. Rostliny ochuzené o gen Gln1-4 měly zrna menší. Pokud byl získán mutant postrádající oba geny, nesl menší zrna v menším počtu. Celková produkce biomasy nebyla u mutantů nijak snížena.

 

 

Ukazuje se, že geny Gln1-3 a Gln1-4 hrají významnou roli přednostně při tvorbě semen. V mutovaných rostlinách stoupala produkce asparaginu. Rostlina se tak zřejmě snažila vyrovnat se zvýšenými koncentracemi čpavku, který nebyl zpracováván chybějící glutamin syntetázou. Asparagin se ale dostával do vznikajících semen jen v omezené míře a to zřejmě mělo za následek  sníženou produkci zrna.

 

 

Zajímavé výsledky přinesly pokusy, při nichž byla zvýšena aktivita genu Gln1-3. U rostlin, jejichž gen pracoval „nad plán“, došlo ke zvýšení počtu zrn v palici o třetinu.
Působení genu Gln1-3 se v listech omezuje na mezofyl. Gen Gln1-4 pracuje v buňkách, které v listech vytvářejí pochvy cévních svazků. Rozložení aktivity obou genů zjevně souvisí s metabolismem uhlíku.

 

 

Zvětšit obrázek
Adeptem pro genové modifikace, které by zvýšily aktivitu genů Gln1-3 a Gln1-4 a zároveň zvýšily výnosy zrna, je čirok pěstovaný v zemích třetího světa.

Kukuřice patří k C4 rostlinám, které přijímají prostřednictvím pórů v listech oxid  uhličitý a vytvářejí z něj čtyřuhlíkatou sloučeninu oxalacetát. Tato sloučenina je transportována do buněk tvořících pochvy cévních svazků, kde se z ní uvolní oxid uhličitý. Tyto buňky jsou vybaveny enzymy, které využívají k fotosyntéze rostliny C3. Mohou tedy uvolněný oxid uhličitý zpracovat na fosfoglycerát a ten využít pro další metabolismus. Tento mechanismus umožňuje rostlinám C4 získávat dostatečné množství oxidu uhličitého i v horkých dnech, kdy rostliny uzavírají póry v listech, aby neztrácely vodu. Dělba práce mezi mezofylem listů a buňkami pochev cévních svazků se zjevně netýká jen metabolismu uhlíku, ale i dusíkového metabolismu, jak dokazuje odlišný výskyt aktivních genů Gln1-.3 a Gln1-4

 

Výsledky výzkumu mezinárodního týmu vedeného Martinovou a Hirelem zveřejnil přední vědecký časopis The Plant Cell a jsou příslibem pro další šlechtění zemědělských plodin. Zdaleka nenajdou uplatnění jen při šlechtění kukuřice. Velmi podobný mechanismus zřejmě funguje i v dalších důležitých plodinách.

 

Nové možnosti se otevírají i pro metody genového inženýrství, kterými by bylo možné zvýšit výnosy plodin z okruhu rostlin C4. Ty jsou pěstovány především v oblastech s teplým klimatem a měly by velký význam pro obyvatele zemí třetího světa.  Pro zvýšení aktivity genů Gln1-3 a Gln1-4 by nebylo nutné vnášet do geonomu rostlin geny pocházející z jiných organismů. Genoví inženýři by vystačili jen s úpravou stávajícího geonomu rostliny. Takové rostliny označujeme jako cisgenní (na rozdíl od transgenních, tj. nesoucích cizí gen). Pro spotřebitele by měly být cisgenní rostliny z ryze psychologického hlediska přijatelnější než transgenní odrůdy.


 

Pramen: The Plant Cell, INRA

Datum: 10.12.2006 12:57
Tisk článku

Rostlina jako symbol v čínské a japonské kultuře - Hrdličková Věna, Trnka Aleš
 
 
cena původní: 149 Kč
cena: 149 Kč
Rostlina jako symbol v čínské a japonské kultuře
Hrdličková Věna, Trnka Aleš

Diskuze:

Žádný příspěvek nebyl zadán



Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace