Oltványok és szervcserék

A legfrissebb kutatások szerint a növényi sejtek képesek egymás közt szervecskéket cserélni, akkor is, ha különböző fajhoz tartoznak.

Oltványok és szervcserék

A növénygenetikusok először egy bő évtizeddel ezelőtt figyeltek fel arra, hogy az egymással oltott növényekben (vagyis amikor az egyik növény szárát megsebezve azt egy másik fajta növény rügyével vagy hajtásával látják el) jelentős mennyiségű DNS-t adnak át egymásnak a különböző fajú sejtek.

Ez önmagában még annyira nem is volt meglepő, hiszen az ilyenfajta horizontális génátadás kifejezetten gyakori a baktériumok között, és valószínűleg a magasabb rendű állatok, gombák és növények között sem számít annyira kivételesnek, mint ahogy azt sokáig gondolták. Az oltványok esetében azonban úgy tűnt, hogy nem csak egy-egy gén, hanem a kloroplasztiszok teljes genomja cserél gazdát.

Ami nagyon meglepőnek tűnt, hiszen a növényi sejtek a sejtmembránon kívül egy merev védőréteggel, a sejtfallal is körülveszik magukat, amelyről senki sem gondolta, hogy átjárható lehet a DNS számára.

A potsdami Max Planck Molekuláris Növényélettani Intézet kutatói azonban nemrégiben igazolták, hogy ez valóban lehetséges. Ralph Bock és társai videós felvételeken is rögzítették az átadást, bizonyítva, hogy a sejtfal időnként sokkal lyukacsosabb a megszokottnál, olyannyira, hogy ezen át akár egész sejtszervecskék is képesek átjutni a szomszédos sejtekbe. Felvételeken világosan látszik, ahogy a kloroplasztiszok egyik sejtből a másikba vándorolnak, ahogy az is kiderül, hogy ehhez nem is kell egyazon fajba tartozni a növényi sejteknek.

Rések pajzson

A növénytermesztők már az ókorban is használták az oltás technikáját, hiszen ilyen módon korábban termővé tehető a növény, illetve fokozható a betegségekkel és kártevőkkel szembeni ellenállás. Oltványok egyébként természetes körülmények között is létrejönnek, amikor a rokon fajok egyedei olyan közel kerülnek egymáshoz, hogy érintkezve összeforrnak, vagy amikor a parazita fajok bekapcsolódnak a gazdanövény keringésébe és anyagcseréjébe. Az oltás helyén minden esetben egy sebhelyszerű rész alakul ki, amely összeköttetést biztosít a két különböző eredetű növényi rész között, vagyis átjárható a víz és a tápanyagok számára.

Bock és társai nagyjából egy évtizeddel ezelőtt két különböző fajú dohány oltványát vizsgálták, amikor rájöttek, hogy a vízen és a tápanyagokon kívül más is áramlik ezeken a helyeken. Amikor szekvenálták az oltás helyén a különböző fajú sejtek genomját, rájöttek, hogy a fotoszintézisért felelős sejtszervecske, a kloroplasztisz teljes genomja gazdát cserél az alany (vagyis a növény, amire oltanak) és a hajtás egyes sejtjei között. (A kloroplasztisz a mitokondriumhoz hasonlóan egykor valószínűleg önálló élőlény, egy ősi baktérium lehetett, és a mai napig saját genetikai állománnyal rendelkezik.)

Azaz itt nem a horizontális génátadás során általában megszokott, rövid DNS-szakaszok cseréjéről volt szó, hanem a szervecske 150 ezer bázisos genomja egyben, mindenféle fragmentálódás nélkül került át egyik sejtből a másikba.

Ez teljesen váratlanul érte a kutatókat is, hiszen a növényi sejtfalról addig senki sem sejtette, hogy ilyen mértékben átjárható lehet. A sejtfal kapcsán ráadásul csak nagyon apró, 0,05 mikrométer átmérőjű pórusokról tudtak a szakértők, amelyeken keresztül a növényi sejtek fehérjéket és RNS-eket adnak át egymásnak. A kloroplasztisz viszont nagyjából 5 mikrométer átmérőjű, vagyis óriási ezekhez a nyílásokhoz képest. Mégis úgy tűnt, hogy valahogy rendre átjut a sejtfalon.

Galéria megnyitása

A rejtélyt végül a kutatócsoport egy új tagja, Alexander Hertle segítségével sikerült megoldani, aki az élő sejtekről készült mikroszkópos felvételek készítésére szakosodott. Először elektronmikroszkóppal vizsgálta az oltás helyét, és rögtön észrevette, hogy a sejtfalon vannak a korábban ismertnél nagyobb nyílások is. De még ezek is túl szűknek tűntek a kloroplasztiszhoz képest, a legnagyobb pórusok ugyanis 1,5 mikrométeresek voltak.

Hertle-nek végül élőben is sikerült lencsevégre kapnia a folyamatot. Ekkor nyert kétségen felül megerősítést, hogy a kloroplasztiszok valóban vándorolnak a sejtek között. Ezt olyan módon teszik, hogy visszafejlődnek egy kezdetlegesebb és mozgékonyabb előszervecskévé, amely ráadásul méretre is kisebb, mindössze 0,2 mikrométer körüli. Ezek a protoplasztidok pedig már képesek átjutni a sejtfal nagyobb nyílásain, majd a sejtmembránon is. A másik sejten belül pedig újra normál méretű kloroplasztisszá alakulnak.

„A sejtfalon tehát valóban vannak lyukak, amelyeken a plasztidok képesek átjutni. Az a feltevés, miszerint a sejtfal egy vastag és többé-kevésbé átjárhatatlan határréteg, ezzel a kutatással gyakorlatilag megdőlt”

– mondja Hertle.

Gyógyító cserebere

A kloroplasztisz metamorfózisa és vándorlása kapcsán még mindig sok a megválaszolatlan kérdés, de úgy tűnik, hogy a sejtszervecskék különböző fajú sejtek közti áramlására a megfelelő anyagcsere és a fotoszintézis miatt van szükség. Amikor a kutatók megvonták a fényt az oltványoktól, egyre több plasztid kezdett átalakulni a sejtfal átlépéséhez, és a sejtszervecskék átadása a korábbi ütem ötszörösére fokozódott.

Az, hogy az átadott plasztidok mennyire működnek jól az új sejtben, elsősorban attól függ, hogy mennyire közeli rokonságban áll egymással a két faj, mondja Pal Maliga, a Rutgers Egyetem kutatója, aki független vizsgálatok során a kloroplasztisz vándorlása mellett a mitokondriumok cseréjére is talált bizonyítékokat az oltványok sejtjei között. Ha a genetikai eltérés túl nagy, a szervecskék nem tudnak megfelelően működni, és idővel eltűnnek. De ha a rokonság közeli, tökéletesen be tudnak épülni az új sejt rendszerébe.

Maliga úgy sejti, hogy a protoplasztidok valószínűleg olyan jelzőmolekulákat tartalmaznak vagy termelnek, amelyek segítik az oltás helyén lévő seb gyógyulását. A sejtfalon nyíló nagy pórusok vélhetően szintén a gyógyulási mechanizmus részét képezik, bár nem kizárt az sem, hogy ezek a normál élettani folyamatok során is előfordulnak.

Galéria megnyitása

A sejtszervecskék megfigyelt vándorlása arra is magyarázatot adhat, hogy miért lehetséges, hogy az egymás közelében élő, különböző fajú bükkfák kloroplasztiszai nagyobb genetikai hasonlóságot mutatnak, mint azok a bükkök, amelyek között jelentős térközök vannak, mondja Hertle. És a jelenség számos olyan furcsaságra is választ jelenthet, amelyek egyes növénycsoportok evolúciós leszármazásának vizsgálata kapcsán merültek fel:

úgy tűnik, hogy a kloroplasztisz és a többi sejtszervecske genomja sokkal mobilisabb a különböző fajok között, mint a sejtmagi genom, ezért olykor teljesen más utat járhat be, mint az utóbbi.

Hogy az ilyesfajta horizontális genomátadás milyen gyakran esik meg természetes körülmények között, azt még nem tudják a szakértők. Lehetséges, hogy a sejtszervecskék sejtek közti cseréje sérülés esetén rendszeresen megtörténik a növény saját sejtjei esetén is. A folyamatot azért éppen az oltványok kapcsán sikerült először megfigyelni, mert ebben az esetben az idegen gének elárulták, hogy a sejtszervecske máshonnan került a sejtbe. Ha ugyanez a transzfer saját sejtek között is megtörténik, amire minden esély megvan, azt sokkal nehezebb követni, hiszen ez esetben a genetikai állomány nem változik észrevehetően.

A fajok közti genomáramlásnak ugyanakkor alkalomszerű előfordulás esetén is komoly evolúciós jelentősége lehet. Az oltványok mozaikos sejtjeiből megfelelő körülmények között új fajok és alfajok alakulhatnak ki, különösen, ha a sejtfal nagy résein át a sejtmagi genom egy része is gazdát cserél. Ez ugyanis szintén megtörténhet, ahogy azt Bock és társai egy 2014-es kísérlet során igazolták: a szakértők egy új burgonyafélét hoztak létre a sejtfalon nyílt pórusok révén, a sejtmagi genom és a sejtszervecskék összekombinálásával.

A módszerrel kreált új fajt más hibridizációs megoldásokkal nem lehetett volna előállítani. A felfedezés tehát egyúttal új eszközt is adhat a növénygenetikusok és -nemesítők kezébe olyan fajok és fajták létrehozásához, amelyek különféle előnyös tulajdonságokkal rendelkeznek.

Neked ajánljuk

Kiemelt
{{ voucherAdditionalProduct.originalPrice|formatPrice }} Ft
Ajándékutalvány
-{{ product.discountDiff|formatPriceWithCode }}
{{ discountPercent(product) }}
Új
Teszteltük
{{ product.commentCount }}
0% THM
{{ product.displayName }}
csak b2b
nem elérhető
{{ product.originalPrice|formatPriceWithCode }}
{{ product.grossPrice|formatPriceWithCode }}
{{ product.grossPrice|formatPriceWithCode }}
{{ product.displayName }}

Tesztek

{{ i }}
{{ totalTranslation }}
Sorrend

Szólj hozzá!

A komment írásához előbb jelentkezz be!
{{ orderNumber }}
{{ showMoreLabelTranslation }}
A komment írásához előbb jelentkezz be!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Még nem érkeztek hozzászólások ehhez a cikkhez!
Segíts másoknak, mondd el, mit gondolsz a cikkről.

Kapcsolódó cikkek

Magazin címlap