Čeští vědci odhalují tajemství dlouhověkosti rostlin

Na počátku každého živého organismu stojí jediná buňka. Prvotní buňka se postupně dělí a dalším a dalším dělením vznikají jednotlivé orgány, až je utvořen jedinec jako takový.

Při dělení jsou však buňky náchylné k mutacím. Měla by platit přímá úměra, čím déle organismus žije, tím více mutací by měla jeho DNA vykazovat. Jenomže to platí jen u živočichů, u rostlin nikoliv.

Zatímco dožít se sta let je u lidí stále spíše výjimečná záležitost, pro stromy jde o věk zcela normální. Staří mnohých velikánů se počítá dokonce v tisíciletích. Některé rostly už v dobách, kdy se ve starém Egyptě stavěly první pyramidy.

Otázkou, jak rostlinné buňky chrání genetickou informaci, se biologové zabývají už řadu let. Co vězí za odolností rostlin vůči mutacím, zkoumá také výzkumných tým složený z vědců z institutu CEITEC Masarykovy univerzity a vídeňského Gregor Mendel Institutu. Právě jim se podařilo přijít s relevantními výsledky.

U živočichů se v časném stádiu embryonálního vývoje odděluje linie pohlavních buněk, tj. zárodečná linie, ze kterých vznikne nový jedince. Buňky zárodeční linie přenášejí genetickou informaci do další generace. Změny, které nastanou v ostatních buňkách (somatických) na další generaci vliv mít nebudou.

Rostlin to mají s konceptem oddělené zárodečné a somatické linie buněk úplně jinak.

Vysvětlení přináší biolog Karel Říha, který působí v institutu CEITEC MU jako vedoucí laboratoře molekulární biologie rostlin: „U rostlin oddělená zárodečná linie neexistuje, jejich orgány vznikají až v postembryonálním vývoji, tedy během růstu rostliny.

Jejich buňky by tak měly být zatížené velkým počtem mutací, které se přenášejí do dalších generací, ale to se nepotvrdilo.“.

Jednou z hlavních vlastností rostlin je růst. Mohlo by se jednat i o jejich životní cíl, ale o motivaci rostlin můžeme spekulovat jen těžko. Co však víme, je skutečnost, že rostliny rostou díky nepřetržitému dělení malého počtu takzvaných meristematických buněk (tzv. meristém). Jedná se de facto o obdobu kmenových buněk živočichů. Jejich shluky se nacházejí na vrcholcích stonků, v poupatech a špičkách kořenů. Z těchto buněk se skládají květy, listy, větve či kmeny. Jenomže dělení buněk přeci zákonitě musí doprovázet vznik náhodných mutací. Tím pádem by se například měly větve sekvoje, které vyrostly v rozmezí několika staletí, značně geneticky lišit.Říha s kolegy se pustili do výzkumu a řadou experimentů potvrdili, že část meristematických buněk rostlin se během jejich života dělí jen málo. „Pro zjištění počtu buněčných dělení během životního cyklu rostlin jsme využili vlastnosti struktur zvaných telomery,“ začal přibližovat podrobnosti výzkumu Říha. Telomery tvoří konce chromozomů nesoucích DNA organismu. Jejich úlohou je ochrana chromozomů. Při běžném buněčném dělení se telomery vždy zkrátí o přesně vymezenou část.

„Změřili jsme telomery u rodičovské rostliny a poté u jejích potomků, a odhadli tak poměrně přesně počet dělení v linii buněk, která pokračuje do další generace,“ doplnil Říha.

Bylo prokázáno, že prodloužení života rostlin výrazně nezvyšuje mutační zátěž přenášenou na potomky. U člověka je tomu naopak. Mutace v zárodečné linii buněk se zvyšují s věkem otce.

Říhu k tomuto experimentování před lety přimělo zjištění, že telomery se během života rostliny zkracují jen minimálně. Porovnával tehdy délku telelomer v nových a starých listech. K jeho překvapení byly dlouhé úplně stejně.

Začal tak pátrat po mechanismu, díky kterému dokáže rostlina jednak uchovat stejnou genetickou informaci pro své potomky, jednak se bránit vysokému počtu mutací i během jejího samotného růstu. Spolu se svými kolegy odhalili, že meristém se skládá z více typů buněk, přičemž jeden z nich se dělí jen velice pomalu, tj. v dlouhých intervalech. Vědci předpokládají, že právě tyto buňky tvoří jakýsi rezervoár, ze kterého se odvozují buňky dělící se naopak rychle. Jedná se o tzv. periferní buňky, které slouží jako stavební kámen k tvorbě všech orgánů rostliny. Zmíněný mechanismus je zárukou toho, že jednou za čas dojde k obnově původní DNA rostliny. Současně je také zabráněno tvorbě a rozšíření mutací, což je základní předpoklad dlouhověkosti rostlin.

Vědce zajímala ještě jedna otázka. A sice, zda má délka života vliv na počet buněčných dělení a tím pádem i vznik nových mutací. Za pokusnou rostlinu jim posloužil huseníček rolní (Arabidopsis thaliana).

Krytosemenná rostlina z čeledi brukvovitých (Brassicaceae) je ke genetickým experimentům využívána poměrně hojně. Může za to její krátký reprodukční cyklus a dobře zmapovaný genom.

Za účelem experimentu prodloužili výzkumníci délku života z obvyklých dvou měsíců na půl roku. Zatímco doba jejich růstu byla téměř trojnásobná a objem vytvořených listů dokonce desetinásobný, tak rozdíl v počtu buněčných dělení byl naprosto minimální.

„Dvouměsíční huseníček potřeboval v průměru 34 a půlroční pak 39 dělení na generaci,“ prozradil Říha. Experiment tak ukázal nezávislost počtu dělení na délce života rostliny.