Huseníček. Kredit: Brona, Wikipedia, CC BY-SA 3.0.

Obrana rostlin proti patogenům je složitost sama. Něco jako válka na mnoha frontách. I takový huseníček, jehož vztah s plísní šedou se nám jevil jako „na západní frontě klid“, ve skutečnosti neztrácí čas a klade miny. A ty nejsou jen nějaké obyčejné, i momentálně módní novičok je vedle nich jen trapně sprostá chemie. Činnost huseníčku, jednoho z nejběžnějších plevelů, by zpravodajec popsal jako sofistikovaná diverzní činnost prováděná na cizím území s využitím nejnovějších poznatků z genetiky. A ještě by dodal, že výsledkem je úspěšná destrukce komunikačních kanálů protivníka. Abychom porozuměli  mechanismu, jakým se příslušník říše zelených brání zlu páchanému na něm kolegyní z říše hub, musíme si zopakovat, co již o RNA známe a rozšířit si to o nedávné objevy z oblasti krátkých RNA.

Rozdíl ve skladbě RNA a DNA. Malé molekuly RNA se ukázala být účinným prostředkem, který zvládá chránit rostlinu před houbou. Kredit: Spong, Wikipedia. CC BY-SA 3.0.

Všichni jsme se učili o ribonukleové kyselině (RNA) a jak se do ní přepisují informace z DNA, aby ribozomům srozumitelnou mluvou dala na vědomí, co po nich geny chtějí. Někdy se jejím molekulám proto říká doručovatelky technických výkresů. Tak funguje například syntéza enzymů, hormonů, proteinů. Stejně velký význam, ne-li větší, mají i krátké molekuly RNA. Ty se nám dlouho zdály být příliš krátké na to, aby nějakou smysluplnou funkci mohly vykonávat a  brali jsme je jen jako meziprodukty destrukce, nebo zmetky čekající ve frontě na rozebrání a recyklaci. Jak velký to byl omyl, jsme si ani ne před týdnem ukázali na studii kalifornských vědců, kteří elektrickými impulsy trénovali mořského plže, dokud si nevytvořil paměťovou stopu. Ta, podle stávajících představ, měla být dílem nervových synapsí. Paměťovou stopou vědci přenesli z jednoho tvora na druhého a provedli to jen pomocí injekce. Jak už jistě tušíte, v injekci nebylo nic jiného, než jen krátké řetězce RNA. To ale znamená, že pomocí RNA se dá přenést dokonce i vzpomínka.

Profesorka Hailing Jin, vedoucí výzkumného kolektivu a katedry genetiky na University of California,Riverside.

Dále se už dnes nebudeme věnovat paměti ani neuronům, nýbrž dovednostem RNA molekul, kterými zajišťují imunitu. Ani to už by nebylo žádnou novinkou, kdyby se nejednalo o imunitu rostlin. Jak jsme již na samém začátku tohoto článku zmiňovali, má to co do činění s bublinkami. Tak se to totiž zpočátku výzkumníkům v mikroskopu jevilo. Když si ale na bubliny posvítili vícero metodami, ukázaly se být titěrnými váčky napěchovanými molekulami ribonukleové kyseliny. A jak jinak, šlo o molekuly krátké. Proto se jim také  dostalo označení sRNA  (to malé „s“ je zkratkou z anglického short = krátký). I když jde o vezikuly titěrné, i jejich výroba organismus něco stojí. A když  se k tomu přidá  zjištění, že rostlina váčky vylučuje jen tam, kde se dostala do kontaktu houbovým vláknem, musí to mít nějaký důvod. Vědce napadlo, že by mohlo jít o analogický mechanismus, kterým molekuly RNA v našem těle přivádějí k pořádku geny, jejichž činnost je potřeba doladit. Dá se říci, že krátké RNA molekuly plní funkci jakýchsi regulovčíků. Jenže to mluvíme o záležitostech, které se dějí uvnitř buněk a uvnitř našeho organismu, zkrátka „u nás doma“.

Hypnos a Thanatos na váze v Národním muzeum v Aténách. Hypnos je v řecké mytologii syn bohyně noci Nykty a bratr (dvojče) boha smrti Thanata. Je bohem spánku a také sám spánek. Nám lidem dává sny. Kredit: Wikipedia.

Jenže u našeho huseníčku se to jevilo, jakoby rostlina, příslušnice jedné říše, vymyslela mechanismus, který ji dovoluje znásilňovat geny organismu nikoli svého, ale cizího. A dokonce náležejícího do vzdálené říše hub, v níž geny mluví poněkud jinou „řečí“. To, jak jistě uznáte, je hodně smělá představa. Hlavně kvůli složitostem struktury RNA, která by musela absolutně přesně zapadnout do cizí RNA, kterou by měla interferencí vyblokovat a účinek genu tím zrušit. To snese přirovnání ke klíči do dozického zámku. Ještě předtím by se ale muselo podstrčené RNA zdařit  přežít v zemi nikoho, následně  překonat barieru buněčné stěny plísně a přestoupit do cizího organismu. Tam pak přežít v nepřátelsky laděném prostředí a vše završit ovládnutím genů, které jsou od těch rostlinných „hodně daleko“. Kdybychom na takovou strategii boje rostliny proti plísni chtěli použít nějaké připodobnění, tak by se to dalo přirovnat k alergikovi, který při procházce žlutým lánem řepky nejenže začne kýchat, ale potem vyloučí RNA, která plodině znechutí kvetení a zarazí ji produkci pylu. Takové krkolomnosti by musely jít na ruku hodně pádné důkazy.

Hypnos a Thanatos v modernějším podání od Johna Williama Waterhouse.

Vědci se je pokusili získat. Nejprve prověřili, jak je to v rostlině s dopravou sRNA. Ukázalo se, že v tom žádný problém není, neboť  molekuly RNA zabalené do proteinů si rostlina dopravuje na místo určení prostřednictvím svých dopravních vaskulárních svazků spolu s živinami. Elektronová mikroskopie pak vnesla jasno do procesu přechodu přes buněčnou membránu. K té dochází v místě napadení plísní. Rostlina uvolňuje váčky s RNA mimo své tělo a zdá se, že je tak trochu „na stříbrném podnosu“ houbě nabízí. Další pokusy se značenými molekulami prokázaly, že membrána vláken plísně nabízené molekuly RNA, zabalené do vysokodensitních lipoproteinů neodmítá. Přijímá je stejně ochotně, jakoby šlo o štrúdl s nádivkou. Dalším krokem bylo zjistit, zda doručená zásilka  v organismu plísně přežije, zda tuto rostlinnou RNA plíseň obratem nezlikviduje. Ukázalo se, že celé hodiny se s ní nic zvláštního neděje. Třešničkou na dortu bylo potvrzení, že rostlinou sestavená RNA v plísni mechanismem interference některé geny v plísni skutečně utlumí. A jsou to geny, které dělají houbu patogenní. Můžeme konstatovat, že se vědcům podařilo prokázat, že se jedná o pravé a nefalšované ovlivňování cizích genů. Nikoli všech, ale jen těch, které pokud v plísni fungují, jsou pro rostlinu hrozbou.

Plíseň šedá (Botrytis cinerea). Zde na jahodě. Připravit o úrodu umí i vinaře a … Kredit: Rasbak, CC BY-SA 3.0.

Závěr

Výzkumníci si od poznatku slibují jeho praktickou aplikovatelnost. Nejen, že by mělo jít o nový způsob, jak se lze bránit patogenům v jejich destrukční činnosti na plodinách před  sklizní. Tento poznatek také doširoka otevřel dveře i novému způsobu ošetřování plodin po sklizni. A dokonce i v době jejich uskladnění. Navíc by se podle stávající úrovně znalostí mělo jednat o záležitost bezpečnou. Aby totiž interference fungovala, musí pracovat se zcela jedinečnými sekvencemi. Lze proto použít takový sled bází, které se nikde jinde nevyskytují. Působení takových preparátů by bylo rovněž ostře specifické. V pokusech použitá plíseň šedá, je polyfágní. To znamená, že napadá rostliny ve všech fázích vývoje a při výběru druhů se také zrovna neomezuje. Plevel huseníček nám proto prozradil, nejen to, jak se můžeme dobrat vyšších výnosů, ale i jak získat  potraviny bez plísňových toxinů a jak toho všeho dosáhnout při zachování zdravého životního prostředí - „bez chemie“.

To, co se na snímku jeví jako zelenožluté bublinky, jsou ve skutečnosti kořínkem rostliny do okolního prostředí vylučované váčky obsahující ribonukleovou kyselinu. Kredit: Qiang Cai, Department of Microbiology and Plant Pathology, Center for Plant Cell Biology, Institute for Integrative Genome Biology, University of California.

Už jen zbývá se omluvit za bombastické připodobňování k válečnickým zákeřnostem, použitým v samém začátku článku. Pokud jste ale dočetli až sem, svůj účel to splnilo. Nyní už můžeme huseníček představit ne jako padoucha kladoucího miny vymykající se úmluvě, ale jako gentlemana s lidskou tváří. Spíš než miny využívá trojské koně, ale i ti jsou v podstatě mírumilovní. Nevyskakují z nich udatní Odysseovi hrdlořezové šířící kolem sebe smrt a zkázu, ale spíš baby kořenářky s uspávadlem. A nebo ještě lépe lze použít představu Starých Řeků, kteří takový stav připisovali chlapečkovi s křidélky zvanému Hypnos. Ten měl v popisu práce uspávat. I on k provozování své živnosti používal kulaté makovičky, jichž se stačilo dotknout. Ve vztahu rostliny a plísně jde také o dotyk s malými kulovitými útvary, následkem je také podlehnutí cizímu vlivu. Dotyčná houba neumírá a stav jejího útlumu lze brát také jen jako huseníčkovo napomenutí.

Literatura

Qiang Cai, Lulu Qiao, Ming Wang, et al.: Plants send small RNAs in extracellular vesicles to fungal pathogen to silence virulence genes,  Science 10.1126/science.aar4142 (2018).