Sommige plante kan maande sonder water oorleef, net om ná ’n kort reënbui weer groen te word. 'n Onlangse studie deur die Universiteite van Bonn en Michigan toon dat dit nie te wyte is aan 'n "wondergeen nie." Hierdie vermoë is eerder 'n gevolg van 'n hele netwerk van gene, wat byna almal ook in meer kwesbare variëteite voorkom. Die resultate het reeds aanlyn verskyn in Die Plantjoernaal.
In hul studie het die navorsers 'n spesie wat lank reeds aan die Universiteit van Bonn bestudeer is - die opstandingsplant Craterostigma plantagineum - van naderby bekyk. Dit dra sy naam heeltemal tereg: In tye van droogte kan 'n mens dink dit is dood. Maar selfs ná maande se droogte is ’n bietjie water genoeg om dit te laat herleef. "By ons instituut bestudeer ons al jare lank hoe die plant dit doen," verduidelik prof. dr. Dorothea Bartels van die Instituut vir Molekulêre Fisiologie en Biotegnologie van Plante (IMBIO) aan die Universiteit van Bonn.
Haar belangstellings sluit in die gene wat verantwoordelik is vir droogtetoleransie. Dit het al hoe duideliker geword dat hierdie vermoë nie die resultaat van 'n enkele "wondergeen" is nie. In plaas daarvan is 'n groot aantal gene betrokke, waarvan die meeste ook gevind word in spesies wat nie so goed met droogte die hoof bied nie.
Die plant het agt kopieë van elke chromosoom
In die huidige studie het Bartel se span, saam met navorsers van die Universiteit van Michigan (VS), die volledige genoom van Craterostigma plantagineum ontleed. En dit is redelik kompleks gebou: Terwyl die meeste diere twee kopieë van elke chromosoom het—een van die ma, een van die vader—het Craterostigma agt. So 'n "agtvoudige" genoom word ook oktoploïed genoem. Ons mense, daarenteen, is diploïed.
“So 'n vermenigvuldiging van genetiese inligting kan in baie waargeneem word plante wat onder ontwikkel het uiterste toestande,” sê Bartels. Maar hoekom is dit? ’n Waarskynlike rede: As ’n geen in agt kopieë in plaas van twee aanwesig is, kan dit in beginsel vier keer so vinnig gelees word. 'n Oktoploïede genoom kan dus groot hoeveelhede van 'n vereiste proteïen baie vinnig produseer. Hierdie vermoë blyk ook belangrik te wees vir die ontwikkeling van droogteverdraagsaamheid.
In Craterostigma word sommige gene wat met groter verdraagsaamheid teenoor droogte geassosieer word, selfs verder herhaal. Dit sluit die sogenaamde ELIPs in—die akroniem staan vir “vroeë lig-induceerbare proteïene,” aangesien hulle vinnig deur lig aangeskakel word en teen oksidatiewe stres beskerm. Hulle kom in hoë kopiegetalle voor in alle droogte-verdraagsame spesies.
"Craterostigma het byna 200-ELIP-gene wat byna identies is en in groot trosse van tien of twintig kopieë op verskillende chromosome geleë is," verduidelik Bartels. Droogte-verdraagsame plante kan dus vermoedelik 'n uitgebreide netwerk van gene gebruik wat hulle vinnig kan opreguleer in geval van droogte.
Droogte-sensitiewe spesies het gewoonlik dieselfde gene—al is dit in laer kopiegetalle. Dit is ook nie verbasend nie: Die sade en stuifmeel van die meeste plante kan dikwels ná lang tydperke sonder water nog ontkiem. Hulle het dus ook 'n genetiese program om teen droogte te beskerm. “Dié program word egter normaalweg afgeskakel by ontkieming en kan nie daarna weer geaktiveer word nie,” verduidelik die plantkundige. "In opstandingsplante, daarenteen, bly dit aktief."
Die meeste spesies "kan doen" droogtetoleransie
Droogteverdraagsaamheid is dus iets wat die oorgrote meerderheid plante "kan doen." Die gene wat hierdie vermoë verleen, het waarskynlik baie vroeg in die verloop van evolusie na vore gekom. Hierdie netwerke is egter meer doeltreffend in droogte-verdraagsame spesies en is boonop nie net in sekere stadiums van die lewensiklus aktief nie.
Dit gesê, nie elke sel in Craterostigma plantagineum het ook dieselfde "droogteprogram" nie. Dit is getoon deur navorsers van die Universiteit van Düsseldorf, wat ook by die studie betrokke was. Byvoorbeeld, verskillende droogtenetwerkgene is aktief in wortels tydens uitdroging as in blare. Hierdie bevinding is nie onverwags nie: blare moet byvoorbeeld hulself teen die skadelike effekte van die son beskerm. Hulle word hierin gehelp deur byvoorbeeld ELIP's. Met voldoende vog vorm die plant fotosintetiese pigmente wat straling ten minste gedeeltelik absorbeer. Hierdie natuurlike beskerming faal grootliks tydens droogte. Wortels, in teenstelling, hoef nie bekommerd te wees oor sonbrand nie.
Die studie verbeter begrip van hoekom sommige spesies ly so min onder droogte. Op lang termyn kan dit dus bydra tot die teling van gewasse soos koring of mielies wat beter kan droogte. In tye van klimaatsverandering sal dit waarskynlik in die toekoms groter aanvraag wees as ooit.