Mõned taimed võivad ilma veeta mitu kuud vastu pidada, et pärast lühikest vihmasadu uuesti roheliseks muutuda. Hiljutine Bonni ja Michigani ülikoolide uuring näitab, et see ei ole tingitud "imegeenist". Pigem on see võime terve geenivõrgustiku tagajärg, millest peaaegu kõik on olemas ka haavatavamatel sortidel. Tulemused on veebis juba ilmunud Plant Journal.
Uurijad uurisid oma uuringus tähelepanelikult liiki, mida Bonni ülikoolis on pikka aega uuritud – ülestõusmistaime Craterostigma plantagineum. See kannab oma nime täiesti õigustatult: põua ajal võib arvata, et see on surnud. Kuid isegi pärast kuudepikkust põuda piisab vähesest veest selle taaselustamiseks. „Oma instituudis oleme aastaid uurinud, kuidas taim seda teeb,“ selgitab prof dr Dorothea Bartels Bonni ülikooli taimede molekulaarfüsioloogia ja biotehnoloogia instituudist (IMBIO).
Tema huvide hulka kuuluvad geenid mis vastutavad põuataluvuse eest. Üha selgemaks sai, et see võime ei ole ühe "imegeeni" tulemus. Selle asemel on kaasatud väga palju geene, millest enamik leidub ka liikidel, kes põuaga nii hästi toime ei tule.
Taimel on igast kromosoomist kaheksa koopiat
Käesolevas uuringus analüüsis Barteli meeskond koos Michigani ülikooli (USA) teadlastega Craterostigma plantagineum'i täielikku genoomi. Ja see on üsna keeruline: kuigi enamikul loomadel on igast kromosoomist kaks koopiat – üks emalt, teine isalt –, siis Craterostigmal on neid kaheksa. Sellist "kaheksakordset" genoomi nimetatakse ka oktoploidiks. Meie, inimesed, oleme seevastu diploidsed.
«Sellist geneetilise informatsiooni paljunemist võib täheldada paljudel taimed mis on välja kujunenud äärmuslikud tingimused"ütleb Bartels. Aga miks see nii on? Tõenäoline põhjus: kui geen on kahe eksemplari asemel kaheksas, saab seda põhimõtteliselt lugeda neli korda kiiremini. Seetõttu võib oktoploidne genoom võimaldada suures koguses vajalikku valku väga kiiresti toota. See võime näib olevat oluline ka selle arendamiseks põuataluvus.
Craterostigmas replitseeritakse mõned geenid, mis on seotud suurema põuataluvusega, veelgi enam. Nende hulka kuuluvad niinimetatud ELIP-id - akronüüm tähistab "varajase valgusega indutseeritavaid valke", kuna need lülituvad valguse toimel kiiresti sisse ja kaitsevad oksüdatiivse stressi eest. Neid esineb suure koopiaarvuga kõigil põuakindlatel liikidel.
"Craterostigmal on peaaegu 200-ELIP geeni, mis on peaaegu identsed ja asuvad erinevates kromosoomides suurtes kümne- või kahekümne koopiate klastrites," selgitab Bartels. Põuakindlad taimed võivad seetõttu eeldatavasti toetuda ulatuslikule geenide võrgustikule, mida nad saavad põua korral kiiresti üles reguleerida.
Põuatundlikel liikidel on tavaliselt samad geenid, ehkki väiksema koopiaarvuga. See pole ka üllatav: enamiku taimede seemned ja õietolm suudavad sageli idaneda ka pärast pikka veeta perioodi. Seega on neil ka põua eest kaitsmiseks geneetiline programm. "Kuid see programm lülitatakse tavaliselt idanemise ajal välja ja seda ei saa hiljem uuesti aktiveerida," selgitab botaanik. "Ülestõusmistaimedes seevastu jääb see aktiivseks."
Enamik liike talub põuda
Põuataluvus on midagi, mida enamik taimi "saab teha". Seda võimet andvad geenid tekkisid tõenäoliselt evolutsiooni käigus väga varakult. Need võrgustikud on aga tõhusamad põuakindlate liikide puhul ja pealegi ei ole need aktiivsed ainult teatud elutsükli etappidel.
Sellegipoolest pole igal Craterostigma plantagineumi rakul sama "põuaprogramm". Seda näitasid Düsseldorfi ülikooli teadlased, kes olid samuti uuringuga seotud. Näiteks on kuivamise ajal juurtes aktiivsed erinevad põuavõrgu geenid kui lehtedes. See leid ei ole ootamatu: näiteks lehed peavad end kaitsma päikese kahjulike mõjude eest. Selles aitavad neid näiteks ELIP-id. Piisava niiskuse korral moodustab taim fotosünteetilisi pigmente, mis vähemalt osaliselt neelavad kiirgust. See looduslik kaitse ebaõnnestub põua ajal. Seevastu juured ei pea päikesepõletuse pärast muretsema.
Uuring parandab arusaamist, miks mõned liigid põuda nii vähe kannatada. Pikas perspektiivis võib see seega aidata kaasa selliste põllukultuuride nagu nisu või maisi aretamisele, mis tulevad paremini toime põud. Kliimamuutuste ajal on nende järele tulevikus tõenäoliselt suurem nõudlus kui kunagi varem.