Zvětšit obrázek

Když parazitní rostliny, jako je kokotice (Cuscuta pentagona) napadnou rostliny (zde cukrovou řepu), dojde mezi rostlinami k mohutné výměně genetické informace. (Kredit: Virginia Tech College of Agriculture and Life Sceinces)

O produkci těkavých látek vnímaných rostlinou již byly popsány stohy papíru. Rozruch před rokem vzbudila práce na téma symbiózy mykorhizních hub a rostlin v níž nejde jen o výměnu nutričních látek, jak se dosud soudilo. Hustá síť vláken mycelií totiž slouží rostlinám i jako komunikační pojítko připomínající funkcí naše nervová vlákna. O objevu tohoto podzemního telefonu rostlin, na jehož odhalení se podílela Zdeňka Babíková z brněnské Mendelovky, jsme psali v článku Bobový underground vloni. Zajímavé na tom je, že nejspíš nejde o žádnou výjimku, ale že tuto metodu využívá 70 - 90 % všech rostlin.
 Překvapením jsou také výsledky nedávného pokusničení Rexe Cocrofta z Univerzity v Missouri. Ten zase pouštěl zvuk (vibrace) vydávané kusadly hodující housenky a strašil tím huseníček rolní. Rostlinka vystrašená zlou zprávou ihned burcuje své buňky k obranným reakcím.

James H. Westwood: „Je to oblast o níž jsme neměli ani tušení. Nyní, když víme, že v rámci výměny tekutin rostliny spolu sdílejí neuvěřitelné množství informací, bude potřeba zjistit, co si jimi navzájem „říkají“.“ (Kredit: Virginia Tech)

Nejnovější zpráva z oblasti šuškandy mezi rostlinami přichází z USA. Jim Westwood, profesor rostlinné patologie, fyziologie a odborník na plevely z Virginia Tech z Blacksburgu pootevřel se svým týmem dveře do zcela nové komnaty vzájemné komunikace rostlin na molekulární úrovni. Protože jsme možná na prahu nového způsobu boje s parazitním plevelem, výsledky pokusů přineslo včerejší vydání časopisu Science.

Zvětšit obrázek

Kokotice na akáciích v Pakistánu. (Kredit: Khalid Mahmood, Wikipedia)

Poznatek se týká rostliny, které u nás lidově říkáme užerka, nebo také otáčka či otočka. Jde o kokotici a ve skutečnosti to není jedna rostlina, ale rod, který má asi 100-170 druhů. Jak ke svému názvu přišly nevíme, jisté je, že všechny přišly na to, že nechat se živit je snazší. Jak to v takových případech často chodí, staly se úspěšnými a rozlezly se po celé zeměkouli. Dříve těmto sobcům botanici vyčlenili vlastní chlíveček (čeleď kokoticovitých). Genetici jim to ale rozmlouvají. Z jejich analýz to jsou jen zvrhlé svlačce. Kokotice s oblibou škodí i hospodářským plodinám, například rajčatům a tak na ně vědci dostávají granty.

Zvětšit obrázek

Kokotice evropská v květu. (Kredit: Michael Becker, Wikipedia)

Při sekvencování kokoticových transkriptomů, čímž je míněno hloubání v přenosu informace mezi ředitelstvím v buněčném jádře a výrobnami cytoplazmě (ribozómy). Poslíčkem dobrých i špatných zpráv přenášejícím výrobní nákresy a návody co je kdy třeba vyrábět, zajišťují molekuly messenger RNAs (mRNA). Američané se pustili do čtení těchto zpráv kolujících uvnitř buněk. A protože měli peněz dost, udělali to dvojmo. Jak u parazitární kokotice, tak u jejího hostitele  huseníčku. Tak přišli na to, že kopie intimních záležitostí huseníčka, tedy téměř tajných „výrobních plánů“ s podrobnými informacemi z tisíců genů, ze kterých se dá vyčíst i k čemu se rostlina zrovna chystá, a teoreticky měly být opatřeny razítkem „Tajné“, rostlina jen tak mírnix tírnix, poskytuje  svému kokoticovému trýzniteli. Parazit se tak dostává k informacím o zhruba polovině genové výbavy huseníčku. Další testy ukázaly, že ani zdaleka nejde o jednosměrný tok informací od dobrotiska k lotrovi a že pokyny napěchovaný RNA materiál proudí i z kokotice do huseníčku. Jde tedy o obousměrný tok informací.

Parasitic Plant Time lapse - Virginia Tech from virginiatech on Vimeo.

Zvětšit obrázek

Kokotici se daří i v národních parcích aneb národním parkům se daří i s kokoticí. Snímek je z Cuscuta, Garden of the Gods Wilderness, Shawnee National Forest, South Illinois, USA

Dosud panoval názor, že pošťácká RNA má v náplni práce jen přenášet pokyny z DNA do  ribozomů. Mělo jít o molekuly křehotinky s krátkodobou životností a jen pro vnitřní buněčnou potřebu. Že by si je rostliny mezi sebou předávaly a dokonce ve velkém, je překvapením. Westwoodova parta tak nejspíš kápla na kanál, kterým si rostliny vyměňují informace a nejspíš   prostřednictvím mnoha a mnoha tisíců takových molekul i nějak ovlivňují. Autoři tím na vědeckém poli silně zabodovali. Jde totiž o dosud neznámý způsob komunikace. I když je v tom zatím hodně neznámých, panuje názor, že by tento aparát mohl sloužit k ovlivňování vzájemných obranných reakcí rostlin, třeba aby proti sobě jejich imunitní systémy neútočily.  Lze říci, že to je další případ  mezidruhového přenosu informace, kterému se někdy říká horizontální přenos. Opak vertikálního přenosu, kterým se míní přenos z tatínka a maminky na potomstvo.

Podobným přenosem informace napříč nepříbuznými druhy nás před několika lety překvapil Cédric Feschotta. Tenkrát nešlo o RNA, ale o DNA. Ukázal, jak si my lidé přivlastňujeme cizí DNA a jak jiné organismy si zase přivlastňují tu naší. Handlování kousků genetického materiálu živočišné i rostlinné říši je, jak vidno, častým jevem a příroda si s cizorodým genetickým materiálem běžně „zahrává“. Velkému designérovi  není proti mysli dokonce splácávat dohromady lidskou DNA s tou hmyzí a naopak. Jak zjistili vědci z Arlingtonu na Universitě státu Texas, jsme i my tak trochu geneticky modifikované organismy v nichž nejsou výjimkou kousky DNA z ploštic, sladkovodních plžů,... Nejsme tak čistou rasou, za jakou jsme se považovali.  Z nynějších „kokoticových pokusů“ prováděných ve Virginii zase vyplývá, že  i u rostlin je výměna genetického materiálu mezi druhy běžnou realitou. A nejspíš ještě běžnější, než u živočichů. Dělá to dohromady dojem, jakoby si molekuly nukleových kyselin spolu vyměňoval kde kdo. I kde co, protože jednobuněčné genetické šmelináře jsme tentokrát nechali stranou.

Zvětšit obrázek

Záraza větevnatá (Orobanche ramosa). Původně měly zárazy aparát pro fotosyntézu, ale stejně jako kokotice přišly na to, že jednodušší je na jiných parazitovat. Rozmnožují se pouze semeny. Mají je velmi malá a lehká, aby je mohl roznášet vítr. Proto při klíčení musí být jen asi do 3 milimetrů od kořene hostitelské rostliny. Přítomnost takového „daru“ semeno pozná – podle kořenových výměšků, kterými se nechá stimulovat a pak svým tenkým kořínkem, se vnoří do kořene a cév svého dobrodince. Nejprve dlouho tvoří něco jako brambor, a až ten nasysluje dostatek živin, z hlízy vyroste nad zem lodyha s květy. (Kredit: Javier martin)

Jak už to v přírodě chodí, většina vyměňovaných látek mezi organismy k něčemu slouží. Přinejhorším se jen v něco účelně recyklují.  V našem případě se nabízí několik důvodů takového konání. Výměna RNA by mohla sloužit k jakémusi představování „kdo jsem a co mohu nabídnout“. Samozřejmě, že ve vzájemných vztazích může jít i o sprosté klamání.  Ohlupování hostitele ve stylu „jsem kus tvého těla, živ mne“.  Tato tradovaná představa ale postupně stále více bere za své. Ukazuje se, že většina vztahů, o nichž jsme si nic pěkného nemysleli, tak sobecky jednostranných není. Jeden příklad za všechny. Toxoplasmu gondii jsme ještě před měsícem měli jen za zlého manipulátora mysli, který nám zhoršuje prospěch ve škole, prodlužuje reakční časy, zvyšuje řidičům riziko smrtelných nehod, spouští schizofrenii a provádí další nepěkné věci. Pokud ale tento parazit u nás funguje stejně jako před několika týdny zjistili u myší, pak nám jistou dávku našeho hloupnutí kompenzuje zvýšenou odolností před zvrhlými maligními buňkami. Vakcína připravená z toxoplazmy už zachraňuje myši s melanomem, které by jinak byly odsouzeny na smrt.

Zvětšit obrázek

Parazitická Striga densiflora hodně škodí v Africe i Indii. (Krefdit: J.M.Garg, Wikipedia)

Možná časem se stejným údivem zjistíme, že i rostlinní paraziti vlastně ani žádní parazité nejsou a že jde jen o nepoznanou symbiózu.  V případě výměn genetického materiálu mezi rostlinami by mohlo jít u „zneužívaného“ druhu o cestu k urychlování evoluce, jinak řečeno - výhodu rychlejší adaptace na změněné podmínky.  Ve hře je v tuto chvíli ještě hodně otázek, na které neznáme odpověď. Ale už nyní se vtírá další otázka – nekomunikují podobným způsobem mezi sebou i jiné parazitické a poloparazitické rostliny? Například zárazy (Orobanchaceae). I to jsou rostliny velice úspěšné čeledě parazitů a polo parazitů rozlezlých po všech kontinentech. A pokud takto s rostlinami komunikují kokotice i zárazy, neklábosí tak rostliny i s plísněmi? A co s bakteriemi?

K čemu by nynější poznatek mohl být dobré?
Pokud si rostliny umí předáním molekul ribonukleové kyseliny dokážou přeprogramovat své obranné reflexy a ovlivnit vzájemné chování, mělo by to jít využít v boji proti úporným plevelům, zvláště v těch nejchudších zemích totiž často řádí jak černá ruka a na jejich ujídání z krajíce se umírá z hladu. 

Nynější objev zatím neznámého způsobu mezidruhové výměny genetického materiálu ukázal, že to je v přírodě častější záležitost, než jsme si představovali. Možná se nad tím zamyslí i aktivisté převlékající se do bílého a kteří si k dodání větší vážnosti svých akcí nasazují i protichemické masky a takto vymódění pak podnikají výpravy k ničení pokusných políček s rostlinami s jedním vloženým genem o němž se ví co tvoří a u něhož je velká šance, že by jeho produkt nám mohl být užitečný. Třeba se teď přesunou kde je jich podle nás potřeba víc. Na pole do společnosti jiných kokotic.
    

Pramen: Genomic-scale exchange of mRNA between a parasitic plant and its hosts, Gunjune Kim, Megan L. LeBlanc, Eric K. Wafula, Claude W. DePamphilis, James H. Westwood. Science 15 August 2014: Vol. 345 no. 6198 pp. 808-811. DOI: 10.1126/science.1253122