Jabloně využívají stejné obranné mechanismy, jaké se používají při genetických úpravách
3.10.2022 |
Nejnovější poznatky vědců z Manchesterské univerzity a spolupracujících institucí ukazují, že jabloně při onemocnění virem gumovitosti dřeva jabloní (angl. apple rubbery wood virus, ARWV) vytváří specifickou formu siRNA a že tedy používají stejný princip RNA interference, jaký se snaží vědci využít pro ochranu rostlin a další účely pomocí molekulární biologie již dlouhé roky. Svá zjištění publikovali v časopise Current Biology.
Virus gumovitosti dřeva jabloní (ARWV) byl velmi rozšířený po celém světě. Větve napadených stromů jsou málo zdřevnatělé a místo normálního růstu jsou převislé dolů, takže připomínají smuteční vrby. Napadené stromy zaostávají v růstu, mají slabší přírůstky (někdy až poloviční oproti zdravým stromům). Plodnost je rovněž nižší (až o 30 %), plody jsou drobné. Napadené stromy jsou méně odolné silným mrazům a mají kratší životnost.Rozsáhlý průzkum provedený ve Velké Británii v 50. letech 20. století odhalil, že v některých případech bylo virem infikováno více než 50 % jabloní, z nichž byl odebrán vzorek. Virus je nyní u komerčních jabloní z velké části (ne-li zcela), eliminován. Patogen je přenášen vegetativním množením (očka, rouby, vegetativní podnože) a není známo, že by byl přenášen hmyzem.
Ačkoli byla choroba spojována s přítomností RNA viru ARWV, nebylo dosud zcela známo, jak se její zvláštní příznaky vyvíjejí. Vědecký tým prokázal, že příznaky infekce ARWV vznikají v důsledku snížení obsahu ligninu - složitého organického polymeru, který tvoří klíčový strukturální materiál podporující tkáně většiny rostlin. Obsah ligninu ve dřevě činí zhruba 26 - 35 % hmotnosti a je vyšší u jehličnanů než u listnatých stromů. Lignin je po celulóze druhou nejčastější organickou sloučeninou na Zemi, tvoří 25 % rostlinné biomasy.
Pomocí sekvenačních metod nové generace (NGS) provedli vědci analýzu exprese všech genů ve vzorcích z větví nemocných jabloní a zjistili, že rostlina v reakci na infekci potlačila tvorbu enzymu fenylalanin amoniak lyáza (angl. phenylalanine ammonia-lyase, PAL). Prokázali, že příznaky infekce ARWV vznikají v důsledku snížené lignifikace v sekundární buněčné stěně xylémových vláken. Naproti tomu oblast středních lamel a buňky xylémových paprsků nejsou infekcí z velké části ovlivněny. PAL je enzym účastnící se biosyntézy ligninu. Genová exprese a proteomická data ze symptomatického xylému jasně ukazují snížení aktivity PAL a rovněž velké zvýšení obsahu rozpustných fenolických látek v symptomatickém xylému, včetně prekurzoru ligninu fenylalaninu. Reakce na infekci ARWV vede k tomu, že rostlina vytváří malé interferujících RNA, známé jako viry aktivované siRNA (virus activated siRNA, vasiRNA). Tyto vasiRNA se pak zaměřují na několik vlastních genů rostliny, které jsou downregulovány nebo degradovány , což se považuje za součást protivirové obranné reakce. VasiRNA odvozené od PAL patří mezi nejhojnější vasiRNA v symptomatickém xylému a jsou pravděpodobně příčinou snížené aktivity PAL. Ve větvích napadených stromů se následně netvoří dostatečné množství ligninu, takže se větve postižených stromů stávají pružnější.
Mechanismus, kterým ARWV vyvolá změny obsahu ligninu, se velmi podobá tomu, jak vědci mění lignin u záměrně geneticky modifikovaných stromů s cílem usnadnit následné zpracování dřeva. Vedlejším účinkem ovlivnění metabolických drah je snazší uvolňování cukrů. Navzdory pozměněnému ligninu se modifikovaným stromům daří normálně růst.
Studie tak umožňuje představit si, jak by vědci jednoho dne mohli být schopni upravit tkáň dřevin, tak aby z ní efektivně vznikaly cukry potřebné pro výrobu biopaliv. Dřevnatý rostlinný materiál představuje rozsáhlý obnovitelný zdroj, který má potenciál pro výrobu biopaliv a dalších chemických látek s příznivějšími čistými emisemi oxidu uhličitého. Vědci však zatím nepřišli na účinný způsob, jak uvolnit jeho značné zásoby cukrů, které se odhadují na přibližně 70 %. Podle vedoucího výzkumného týmu v současné době jsou využívány obrovské plochy zemědělské půdy k produkci kukuřičného škrobu, z něhož se vyrábí 60 miliard litrů bioetanolu, což je relativně neefektivní z hlediska úspory CO2, ale může to také mít dopad na globální systémy produkce potravin. Lepší pochopení zúčastněných mechanismů však může jednoho dne odemknout potenciál pro izolaci cukrů v dřevní tkáni, čímž se výroba biopaliv stane mnohem efektivnější.
Vedoucí autor studie vidí přínos práce celého kolektivu také v tom, že může pomoci změnit pohled na genetické manipulace u rostlin. Profesor Simon Turner řekl: "Rozšíření genetického inženýrství mnoha rostlin je omezeno regulačními překážkami a odporem veřejnosti, což se zdá být obzvláště důležité u stromů. Z naší práce je zřejmé, že technologie považované za nové, a které jsou pod regulačním dohledem, vykazují podobnosti s fenomény, které jsou zcela přirozené. Zdá se, že infekce ARWV prováděly něco jako obrovský pokus - miliony jablek ze stromů infikovaných ARWV a vytvářejících siRNA, jakožto reakci rostliny na virovou infekci, byly snědeny bez jakýchkoli známých nepříznivých zdravotních nebo environmentálních důsledků."
Zdroje: