Tukové zásoby nás lidi chrání před chladem spolehlivě. U rostlin to platí zřejmě také, i když v jiném slova smyslu. Šlechtění rostlin na odolnost proti mrazu se lidstvo věnuje možná již od dob, kdy jsme se stali zemědělci. Přesto sadařům, agronomům a zahradníkům z nečekaných mrazíků i dnes naskakuje husí kůže. Není divu, stačí málo a veškerá práce přijde vniveč. Pomoc v tomto směru nabízejí v poslední době genetici. Za zmínku stojí snaha nahrazovat přirozeně se vyskytující bakterie v květech rostlin bakteriemi geneticky modifikovanými, jejichž struktura nevede ke vzniku kondenzačních jader. Tam, kde „semínka“ ledových krystalů bakteriím chybí, voda nezačne mrznout ani tehdy, když její teplota na nějakou dobu klesne pod bod mrazu.
Jiný směr, od kterého si biotechnologové hodně slibují, spočívá ve využití genů pro protein s účinky „fridexu“. Gen pro AFP (anti-freeze protein) čili protimrazový protein, si dokáže v případě potřeby (sezónně) vyrábět celá řada mořských živočichů. Pro rostlinu tvorba jednoho proteinu navíc také nepředstavuje velkou zátěž a tak si pomalu zvykáme na rostliny s proteinem z platýzů,... Neutuchá ani snaha o získání rostlin, v jejichž pletivech je více solí a cukrů. I ty by měly rostlinu před mrazíky chránit. Kromě zde jmenovaných trendů je potřeba zmínit i další obehranou věc - že totiž odolnost k mrazu souvisí s buněčnou membránou. Proč tomu tak je se zatím moc neví, ale práce, právě uveřejněná v časopisu Science jisté vysvětlení nabízí. Dva mladí adepti vědy Eric Moellering a Bagyalakshmi Muthan, se zaměřili na tajemný enzym lipidového metabolismu, který by za uvedenou odolností rostlin mohl stát. Na stopu je přivedl gen odpovědný za tvorbu membránových lipidů. Lipidy zatím nebyly podezřívány z toho, že by měly prsty v odolnosti rostlin před mrazem. To by se ale nyní mělo změnit. Alespoň co se týká tuků zabudovaných do membrán chloroplastů a buněk.
U objevu vztahu mrazuvzdornosti k metabolismu lipidů stála rostlina huseníček. Konkrétně jeden kmen této oblíbené rostliny genetiků, o kterém se vědělo, že je zhýčkaný a snadno zmrzne. Nyní se přišlo na to proč. Neodolný mutant totiž nedokáže tukovou složku membrány pořádně tvořit a i když ještě nejsou známy veškeré podrobnosti mechanismu tolerance k chladu, jde o velký obrat ve způsobu našeho uvažování. Rozhodujícím hráčem v odolnosti proti zmrznutí se jeví být gen SFR2, pojmenován byl podle slov SENSITIVE TO FREEZING 2.
Gen SFR2 má pod palcem galaktolipid ve vnější vrstvě membrány chloroplastů. Řídí převod galaktosylových reziduí z monogalaktolipidu na různé galaktolipidy a tvorbu oligogalaktolipidů a diacylglycerolu. Ten se dále přeměňuje až na triacylglycerol. Aktivita genu SFR2, spolu s enzymatickou syntézou triacylglycerolu, vede k odbourávání monogalaktolipidů z membrány.
Správná funkce genu SFR2 zajišťuje potřebnou „tloušťku membránových lipidů“ (zastoupení lipidické dvojvrstvy při jeho špatné funkci klesá). To vede ke změně roztažnosti membrány a omezení schopnosti přizpůsobovat se náhlým změnám objemu organely. Právě to je ve chvíli, kdy voda začne mrznout a nebo tát, problém.
Šlechtění na chlad odolných odrůd by se úpravami „lipidového“ genu mohlo začít ubírat zcela novým směrem. Poznatek by také mohl vést k získání rostlin zvládajících i jiné nepohody. Již staří praktici znali, že odolnost k vymrzání souvisí s celkovou "otužilostí" a že odolnost stresu z mrazu souvisí s vypořádání se se suchem. I když mladí vědci, z nichž jeden je postdoktorand a druhý pouhou laborantskou sílou, citróny, jahody nebo něco jiného hmatatelného nevypěstovali, přišli na zajímavé důsledky změny metabolismu lipidů s odolnoistí rostliny k rozmarům počasí.
Nedostatek znalostí o nečekané úloze lipidů zatím vede k poněkud mechanistické teorii, ve které poškození rostlin mrazem se klade za vinu dehydrataci, kdy vymrzající voda způsobuje svraskávání organel. Scvrklé membrány mají tendenci se k sobě slepovat a „promazání“ správným lipidem by mělo rostlině pomáhat při teplotním šoku. Jakmile jí nastanou lepší časy, snadněji se pak organely vrací do původního stavu a jsou méně potrhané. I když mechanistický pohled na věc zdá být poněkud diletantský, huseníček a jeho neodolná mutace s porušeným genem pro tvorbu membránového lipidu k takovému výkladu svádí. Lepší vysvětlení v tuto chvíli ale nemáme.
V krátké době se jistě dovíme, zda v chování huseníčku jsou nějaké obecně platné zákonitostí a zda šlechtění v němž hlavní roli budou hrát geny mající v popisu práce lipidovou skladbu buněčných membrán, se rozběhne i u jiných rostlin. Možná jsme přišli na další nástroj, jak poručit větru dešti a jak napomoci rostlinám vypořádat se s nepohodou.
Prameny: Michigan State University http://www.msu.edu/
„Freezing Tolerance in Plants Requires Lipid Remodeling at the Outer Chloroplast Membrane“. Science, 2010; DOI: 10.1126/science.1191803:
Diskuze:
