Gen jaterní sklenice: Perspektivy pro zemědělství a vesmír – Hi-Tech Mail

Vědci odhalili tajemství genu „vinné sklenice“, který hraje klíčovou roli ve vegetativním rozmnožování játrovek, a otevřeli nové perspektivy pro zemědělství a kosmickou biologii. Jedlý mech pro dlouhodobé lety je otázkou blízké budoucnosti.

Zveřejněno Hi-Tech Mail

Studium vegetativního rozmnožování rostlin je klíčem ke zvýšení výnosů plodin a pokroku v bioinženýrství. Výzkum na Univerzitě v Kóbe dosáhl pokroku v pochopení genetické regulace tohoto procesu u játrovek, které jsou ideálními modelovými rostlinami a hlavními kandidáty pro kosmické kultury.

Brambory jsou hlízy, zázvor je oddenek a u obou rostlin příroda implementovala mechanismus vegetativního rozmnožování. Rostliny vytvářejí struktury, z nichž mohou vzniknout geneticky identičtí jedinci. Tato metoda rozmnožování je velmi důležitá pro zemědělství a zahradničení, ale její genetický mechanismus byl dosud jen velmi málo prozkoumán.

Rostlinný genetik z Univerzity v Kóbe Ishizaki Kimitsune se domnívá, že játrovka Marchantia polymorpha je ideálním modelovým organismem pro studium tohoto procesu, a posledních 10 let strávil dekódováním jejího genomu a vytvářením nástrojů pro pohodlnou genetickou manipulaci.

Biolog připouští, že játrovka intenzivně roste a způsobuje potíže zahradníkům, kteří nemají čas ji odstraňovat. Právě nenáročnost a rychlý vývoj tohoto mechu ale umožňuje provádět výzkum zrychleným tempem, což při použití vysoce organizovaných rostlin není možné.

Játrovka Marchantia polymorpha se rozmnožuje pomocí drobných oddělitelných pupenů, které se tvoří v malých kalíšcích na horní straně listů a šíří se deštěm, větrem nebo zvířaty. Rostlina se navíc neodmítá ani pohlavního rozmnožování, i když je to možné pouze během dlouhých letních dnů.

V předchozích studiích vědci objevili gen, který se podílí na tvorbě kalichu i pohlavních reprodukčních orgánů rostliny. Nebylo však zcela jasné, jak funguje.

V časopise New Phytologist tým z Univerzity v Kóbe uvádí, že rostliny, kterým tento gen chybí, obecně netvoří vegetativní orgány a ve vzácných případech tvoří prázdné pohárky ve tvaru panáka místo obvyklých širokých, mělkých pohárků s pupeny. Vědci ironicky pojmenovali gen „shot-glass“ (výběr z broků). Experimenty ukázaly, že je naprosto nezbytný pro vývoj funkčních reprodukčních struktur.

Studiem interakcí s dalšími známými geny zapojenými do reprodukce tým zjistil, že jedinci s kalichy ve tvaru vinného pohárku potlačují vývoj vzduchových komor v listech játrovky. To vytváří prostor pro vývoj ledvinovitého kalichu, který se stává „vinným pohárkem“, a také napomáhá faktorům potřebným pro vývoj pohlavních reprodukčních orgánů.

Ishizaki a jeho tým zjistili, že kvetoucí rostliny, které jsou mnohem složitější než jednoduchý játrovka, mají geny související s geny „sklenice na víno“ mechu. Pravděpodobně pocházejí z podobného genu v předkovi všech suchozemských rostlin. Je zajímavé, že u kvetoucích rostlin se tyto geny podílejí na regulaci vývoje sekundárního meristému, který je zodpovědný za výhonky.

Když vědci vložili gen „sklenice na víno“ z játrovky do kvetoucí rostliny, které chyběla jedna z jeho vlastních verzí, zjistili, že primitivní „cizí“ gen snadno kompenzoval mezeru v těle vyšší rostliny. Ishizaki se domnívá, že to naznačuje, že mechanismus, kterým rostliny vytvářejí nové pupeny mimo špičku hlavního výhonku, může být společný pro všechny suchozemské rostliny bez ohledu na jejich úroveň organizace.

Výzkumník z Univerzity v Kóbe se však nehodlá omezovat pouze na zvláštnosti vegetativního a pohlavního rozmnožování mechů na Zemi. Má větší plány.

Na rozdíl od plodin játrovky nepotřebují půdu a lze je pěstovat hydroponicky. Vědci chtějí játrovky vyšlechtit s organismem, který bude plně jedlým organismem. Lze je použít jako zdroj potravy i ve vesmíru.

Japonští vědci také zkoumají možnost využití játrovky pro bioprodukci cenných chemických zdrojů. Doposud byla taková biotechnologie omezena na bakterie a kvasinky. Nové poznatky o biologii této zdánlivě primitivní rostliny jsou důležitým krokem k biotechnologii budoucnosti.

Přečtěte si o další přelomové genetické studii Univerzity v Kóbe, která se týká játrovek a další modelové rostliny, Arabidopsis thaliana, v článku Hi-Tech Mail.