Noen planter kan overleve måneder uten vann, bare for å bli grønne igjen etter et kort regnskyll. En fersk studie fra universitetene i Bonn og Michigan viser at dette ikke skyldes et "mirakelgen." Snarere er denne evnen en konsekvens av et helt nettverk av gener, som nesten alle også finnes i mer sårbare varianter. Resultatene har allerede dukket opp på nettet i The Plant Journal.
I sin studie tok forskerne en nærmere titt på en art som lenge har blitt studert ved universitetet i Bonn – oppstandelsesplanten Craterostigma plantagineum. Den bærer navnet med rette: I tørketider kan man tro at den er død. Men selv etter måneder med tørke, er litt vann nok til å gjenopplive det. "Ved instituttet vårt har vi studert hvordan planten gjør dette i mange år," forklarer prof. Dr. Dorothea Bartels fra Institute of Molecular Physiology and Biotechnology of Plants (IMBIO) ved Universitetet i Bonn.
Hennes interesser inkluderer gener som er ansvarlige for tørketoleranse. Det ble stadig tydeligere at denne evnen ikke er et resultat av et enkelt "mirakelgen". I stedet er svært mange gener involvert, de fleste finnes også hos arter som ikke takler tørke så godt.
Planten har åtte kopier av hvert kromosom
I den nåværende studien analyserte Bartels team, sammen med forskere fra University of Michigan (US), hele genomet til Craterostigma plantagineum. Og dette er bygget ganske komplekst: Mens de fleste dyr har to kopier av hvert kromosom – en fra moren, en fra faren – har Craterostigma åtte. Et slikt "åttedobbelt" genom kalles også oktoploid. Vi mennesker, derimot, er diploide.
"En slik multiplikasjon av genetisk informasjon kan observeres hos mange planter som har utviklet seg under ekstreme forhold, sier Bartels. Men hvorfor er det det? En sannsynlig årsak: Hvis et gen finnes i åtte kopier i stedet for to, kan det i prinsippet leses fire ganger så raskt. Et oktoploid genom kan derfor gjøre det mulig å produsere store mengder av et nødvendig protein veldig raskt. Denne evnen fremstår også som viktig for utviklingen av tørketoleranse.
I Craterostigma blir noen gener assosiert med større toleranse for tørke ytterligere replikert. Disse inkluderer de såkalte ELIP-ene - akronymet står for "early light-inducible proteins", da de raskt slås på av lys og beskytter mot oksidativt stress. De forekommer i høye kopitall hos alle tørketolerante arter.
"Craterostigma har nesten 200-ELIP-gener som er nesten identiske og er lokalisert i store klynger på ti eller tjue kopier på forskjellige kromosomer," forklarer Bartels. Tørketolerante planter kan derfor antagelig trekke på et omfattende nettverk av gener som de raskt kan oppregulere ved tørke.
Tørkefølsomme arter har vanligvis de samme genene – om enn i lavere kopitall. Dette er heller ikke overraskende: Frøene og pollenet til de fleste planter er ofte fortsatt i stand til å spire etter lange perioder uten vann. Så de har også et genetisk program for å beskytte mot tørke. "Men dette programmet er normalt slått av ved spiring og kan ikke reaktiveres etterpå," forklarer botanikeren. "I oppstandelsesplanter, derimot, forblir den aktiv."
De fleste arter 'kan gjøre' tørketoleranse
Tørketoleranse er altså noe de aller fleste planter "kan gjøre." Genene som gir denne evnen dukket sannsynligvis opp veldig tidlig i evolusjonsforløpet. Disse nettverkene er imidlertid mer effektive i tørketolerante arter og er dessuten ikke bare aktive i visse stadier av livssyklusen.
Når det er sagt, ikke hver celle i Craterostigma plantagineum har det samme "tørkeprogrammet" heller. Dette viste forskere fra universitetet i Düsseldorf, som også var involvert i studien. For eksempel er forskjellige tørkenettverksgener aktive i røttene under uttørking enn i blader. Dette funnet er ikke uventet: Blader må for eksempel beskytte seg mot solens skadelige effekter. De får hjelp til dette av for eksempel ELIPs. Med tilstrekkelig fuktighet danner planten fotosyntetiske pigmenter som i det minste delvis absorberer stråling. Denne naturlige beskyttelsen svikter stort sett under tørke. Røtter, derimot, trenger ikke å bekymre seg for solbrenthet.
Studien forbedrer forståelsen av hvorfor noen arter lider så lite av tørke. På sikt vil det derfor kunne bidra til avling av avlinger som hvete eller mais som takler bedre tørke. I tider med klimaendringer vil disse sannsynligvis bli mer etterspurt enn noen gang i fremtiden.