Rastliny sa počas svojej evolučnej púte vydali zaujímavým smerom. Stále viac sa ukazuje, že majú schopnosť veľmi efektívne využívať násobenie chromozómových sád a prípadnú následnú redukciu vo svoj prospech. Ako to konkrétne robia a aké reprodukčné, ekologické a evolučné výhody im to prináša? Barbora Šingliarová z Oddelenia evolúcie a systematiky Botanického ústavu CBRB SAV je hlavnou autorkou významnej štúdie, ktorá odhalila nové poznatky týkajúce sa reprodukčných stratégií u rastlín so zmnoženým genómom.
Polyploidizácia (multiplikácia, t.j. znásobovanie genómu) sa zdá byť úplne kľúčová pre evolúciu krytosemenných rastlín. Tento proces je zvyčajne sprevádzaný mnohými zásadnými zmenami, napríklad zväčšovaním buniek alebo zmenou expresie génov, ktorá môže následne ovplyvniť fyziológiu a morfológiu rastlín. Mnoho otázok týkajúcich sa polyploidizácie napriek tomu zostáva nevyriešených, napríklad dôsledky pre prežívanie, spolunažívanie či ďalšie rozmnožovanie jedincov.
Autori štúdie sa zamerali na chlpánika druhu Pilosella rhodopea, vytrvalú bylinu z Balkánskeho polostrova. Tento druh vytvára tzv. autopolyploidov (polyploidov v rámci toho istého druhu), ktorí sú morfologicky na nerozoznanie od svojich diploidných predkov. V predchádzajúcich štúdiách autori ukázali, že existujú tri hlavné cytotypy – diploidy (tie majú dve sady chromozómov), triploidy (s tromi sadami) a tetraploidy (štyri sady chromozómov), pričom triploidy sú hlavným cytotypom. V tejto štúdii autori nazbierali a detailne preskúmali rastliny z bulharských hôr. Ich hlavným cieľom bolo študovať vplyv multiplikácie genómu na reprodukciu týchto rastlín, ktorý by mohol objasniť dominanciu triploidov a koexistenciu diploidov a autopolyploidov.
Tento druh je veľmi zaujímavý tým, že vytvára najväčšiu primárnu zónu kontaktu diploidov a od nich odvodených polyploidných cytotypov na svete. Táto „zmes“ sa prakticky vyskytuje v každej populácii, z ktorej autori analyzovali väčší počet rastlín na ich ploidnú úroveň a to naprieč Balkánskym polostrovom. Zároveň sa cytotypy vyskytujú na lokalitách pokope, autopolyploidy nie sú ekologicky segregované od ich diploidných predkov a sú teda vystavené rovnakým selekčným tlakom. Je to situácia, ktorú možno logicky očakávať v každej primárnej zóne, pretože autopolyploidy by mali zdieľať rovnakú ekologickú niku, ako ich geneticky totožní diploidní predkovia. V takej miere to však paradoxne nebolo ukázané v žiadnom autopolyploidnom komplexe.
Výsledky štúdie, ktorá bola založená na kombinácii analýzy ploídie materských rastlín a ich semenného potomstva, reprodukčných stratégií, embryologického pozorovania vývoja zárodočných vakov a kvantifikácie klonálneho rastu rastlín rastúcich v skleníku a v jednej zmiešanej populácii, jasne ukazujú, že polyploidizácia narušuje u chlpánikov tvorbu gamiet, čo vedie k zníženej plodnosti autopolyploidov. Príčinou nízkej fertility je pravdepodobne nevyvážená meióza, ktorá sa prejavuje vysokou tvorbou aneuploidných semien (t.j. semien, pri ktorých majú bunky nadbytok alebo úbytok chromozómov v porovnaní s normálnou haploidnou sadou chromozómov).
Najzaujímavejším výsledkom štúdie je zistenie, že autopolyploidy vytvárajú nielen viac ružíc z úžľabných púčikov hlavnej ružice, ale aj adventívne ružice z koreňových púčikov, ktoré u diploidných rastlín neboli nikdy pozorované. Autopolyploidy si zvýšeným vegetatívnym rastom vlastne kompenzujú veľmi nízku fertilitu. Z evolučného hľadiska je táto tranzícia smerom k zvýšenému vegetatívnemu rastu zásadná, pretože de novo vzniknutým autopolyploidom umožňuje uchytiť sa, prežívať a šíriť sa medzi diploidnými rastlinami a vysvetľuje, prečo je táto primárna kontaktná zóna najväčšia na svete.
Text: Tomáš Čejka (podľa podkladov P. Mráza)
Okrem obrázku chlpánika (foto P. Mráz) sú obrázky extrahované z článku Šingliarová et al. (2023)
Odkaz na štúdiu:
Šingliarová, B., Hojsgaard, D., Müller-Schärer, H., & Mráz, P. (2023). The novel expression of clonality following whole-genome multiplication compensates for reduced fertility in natural autopolyploids. Proceedings of the Royal Society B, 290(2001), 20230389.