Zvětšit obrázek

Hlíza bramboru a drobné cysty na kořenech (vlevo). Zvětšeniny: Bílé či nažloutlé samičky, hnědé cysty. Globodera pallida (nahoře), Globodera rostochiensis (dole).

Názorným příkladem takových genových přenašečů, dárců i příjemců jsou třeba různá patogenní resp. parazitická háďatka. Cílem jejich snažení je proniknout do různých rostlinných orgánů, zejména těch podzemních, tedy kořenů či hlíz. Tam se zabydlet a vytvořit si co možná nejrychleji domov nejen pro svoje přežití, ale zejména pro rozmnožování. Důsledky jsou pro rostlinného hostitele většinou tragické – postupné chřadnutí a smrt. Doba jeho života ovšem háďátkům stačí k zabezpečení existence jeho dalších generací.

Nikoliv přehnaně jsou tak rostlinná háďátka celosvětově považována za jednoho z nejhorších hospodářských škůdců. Kam se na ně hrabou mšice, larvy hmyzu, ba i sarančata. Nevyhnou se ani jehličnatým stromům. V zemědělské, zahradnické i lesnické praxi proto dostala mnohdy punc škůdců karanténních. A jejich biologie se zejména z tohoto důvodu stala předmětem zájmu vědy základní i aplikované. Další a další poznatky z nich však navíc dělají velmi zajímavý objekt studia obecné biologie interakcí i fungování živých organizmů. Hle jeden z příkladů:

Zřejmě každý pěstitel či šlechtitel bramboru zná háďátko bramborové (Globodera rostochiensis) či háďátko nažloutlé (Globodera pallida). Studiu biologie těchto „potato cyst nematodes“ (oplodněné samičky háďátek tvoří na kořenech hostitele až 1 mm velké cysty) se již po desítky let věnují významné laboratoře po celém světě, zvláště pak na britských ostrovech – například ve Scottish Crop Research Institute v Dundee, na Universitě v Leedsu či ve věhlasném Rothamsted Research… A klade dílčí otázky: Jakým způsobem vlastně půdní háďatko vyhledá toho správného hostitele? Jak se dostane dovnitř jeho orgánů? Jak překoná ochranné mechanizmy hostitele? Jak dokáže reprogramovat napadené buňky a donutit jej k vytváření tzv. feeding cells, obřích výkrmen i porodnic pro další háďátkové generace?

Anatomie, cytologie, genomika, proteomika – i moderní postupy jemné molekulární mutageneze či epigeneze se sdružily k dešifrování těchto záhad. Před pěti lety byl dokonce v rámci celoevropského programu COST spuštěn (a nyní končí) velký mezinárodní projekt s názvem NEMAGENICS. Studována v něm byla celá plejáda dílčích biologických dějů a sekvenován i genom háďátek (viz blíže http://cost872.scri.ac.uk). Další velký britský sekvenační projekt má naplno začít letos a k jeho realizaci byl dokonce stvořen zcela nový subjekt „The James Hutton Institute“.

Účinek háďátek na kořeny Arabidopsis thaliana. Vznikající syncytitum (S) a cysta (CN). (Kredit: Almeida et al. 2010).

Již více let se ví, že během evoluce si háďátko vyvinulo různé typy obalových proteinů, schopných zmást rostlinné receptory a zablokovat tak spuštění rostlinných rezistentní genů. Nástup háďátkové infekce je tak urputným soubojem mezi „rezistenčními“ (R) geny bramboru a „avirulentními“ (Avr) geny škůdce. Zuří vzájemná a rychlá „efektorová“ válka. Jako účinné zbraně háďatka během evoluce přejala do svého genomu různé původně rostlinné geny, například ty, jež kódují tvorbu enzymů natravujících stěny rostlinných buněk či centrální lamelu buňky spojující (celulázy ,pektát lyázy, expansiny či chorizmát mutázy). A aby to snad mikroorganizmům či houbám nebylo líto, přibrala i geny jejich. A naopak některé geny z rodiny háďáťkových efektorů byly lokalizovány v rostlinných jádrech. Pátá kolona čekající na vetřelce a zajišťující jeho bezpečný vstup a zabydlení? 
 

Zvětšit obrázek

Anatomický řez kořenem, soubor vzájemně oddělených feeding cells: jádro (n), giant/obří buňka (G). Anatomický řez kořenem, buněčné syncytium (D)

Podrobnosti celého procesu ještě zdaleka neznáme. Nesporné jsou již informace o některých mechanizmech vzniku komplexu oněch „feeding cells“. Společný tým vědců z universit ve Francii a Velké Británii loni v časopise Plant Signallling and Behavior publikoval zjištění o významné roli aktinového cytoskeletu napadených buněk v procesu tvorby feeding cells. Ten za normálních okolností hlídá vznik správného tvaru a velikosti různých buněk, reguluje i jejich dělení. Zmatením jeho funkcí po háďátkové infekci vznikají ony obří buněčné inkubátory. Pokud však v rané fázi infekce vědci aplikovali různé drogy blokující přestavbu aktinového cytoskeletu (cytochalasin, latrunkulin) byla jejich finální tvorba zastavena. Ne však samo rané bujení a vznik mnohojaderných soubuní.

Věda je práce krok za krokem. Zcela čerstvé výsledky téhož týmu se brzy objeví ve špičkovém časopise PLoS Pathology pod názvem „Feeding Cells Induced by Phytoparasitic Nematodes Require -Tubulin Ring Complex for the Microtubule Reorganisation“.  Mimo jiné dokazují, že mazaná háďatka se naučila ovládat i funkci druhé základní struktury cytoskeletu rostlinných buněk – té mikrotubulové. Eukaryotní buňka obsahuje zejména tři jeho základní složky – proteiny zvané alfa, beta a  gama tubulin. O oné „gamě“ se původně předpokládalo, že se drží jen v jádře či blízko něj a napomáhá při realizaci buněčného dělení mimo jiné jako „startér“ polymerace mikrotubulů jaderného vřeténka. Jinak u živočichů, jinak u rostlin… Dnes už je naše poznání daleko bohatší – ale vědomosti háďátka také. Dokáže aktivně vstupovat do procesu dělení napadených rostlinných buněk, brání vzniku mezibuněčných překážek, z původního uspořádaného kořenového pletiva vytvoří postupně cosi jako měňavku či plasmodium hlenky. Ale když příslušné cílové rostlinné geny předem zmutujete, je v háji. Systém feeding cells se zbortí, proces dalšího množení vetřelce je blokován.

Kdoví, třeba i tudy vede možná cesta k přípravě GM rostlin háďátkově odolných. Uvidíme.

Prameny
Jones,J.T. et al: Horizontal gene transfer from bakteria and fungi as driving force in the evolution of plant parazitism in nematodes.- Nematology 7: 641-646,2005
De Almeida Engler,J. et al: Plant actin cytoskeleton re-modelling by plant parasitic nematodes.- Plant Signal Behav 5: 213-217, 2010