Nogle planter kan overleve måneder uden vand, for så at blive grønne igen efter et kort regnskyl. En nylig undersøgelse fra universiteterne i Bonn og Michigan viser, at dette ikke skyldes et "mirakelgen." Denne evne er snarere en konsekvens af et helt netværk af gener, som næsten alle også er til stede i mere sårbare varianter. Resultaterne er allerede dukket op online i Plantejournalen.
I deres undersøgelse kiggede forskerne nærmere på en art, der længe har været undersøgt på universitetet i Bonn - genopstandelsesplanten Craterostigma plantagineum. Den bærer ganske rigtigt sit navn: I tørketider kan man tro, den er død. Men selv efter måneders tørke er lidt vand nok til at genoplive det. "På vores institut har vi studeret, hvordan planten gør dette i mange år," forklarer prof. Dr. Dorothea Bartels fra Institute of Molecular Physiology and Biotechnology of Plants (IMBIO) ved universitetet i Bonn.
Hendes interesser omfatter bl gener der er ansvarlige for tørketolerance. Det blev mere og mere klart, at denne evne ikke er resultatet af et enkelt "mirakelgen". I stedet er rigtig mange gener involveret, hvoraf de fleste også findes hos arter, der ikke klarer tørke så godt.
Planten har otte kopier af hvert kromosom
I den aktuelle undersøgelse analyserede Bartels team sammen med forskere fra University of Michigan (USA), det komplette genom af Craterostigma plantagineum. Og dette er bygget ret komplekst: Mens de fleste dyr har to kopier af hvert kromosom - en fra moderen, en fra faderen - har Craterostigma otte. Sådan et "ottefoldigt" genom kaldes også octoploid. Vi mennesker er derimod diploide.
»En sådan multiplikation af genetisk information kan observeres hos mange planter der har udviklet sig under ekstreme forhold,” siger Bartels. Men hvorfor er det det? En sandsynlig årsag: Hvis et gen er til stede i otte kopier i stedet for to, kan det i princippet aflæses fire gange så hurtigt. Et octoploid genom kan derfor gøre det muligt at producere store mængder af et påkrævet protein meget hurtigt. Denne evne ser også ud til at være vigtig for udviklingen af tørketolerance.
I Craterostigma replikeres nogle gener forbundet med større tolerance over for tørke endnu mere. Disse omfatter de såkaldte ELIP'er - akronymet står for "early light inducible proteins", da de hurtigt tændes af lys og beskytter mod oxidativ stress. De forekommer i høje kopiantal hos alle tørketolerante arter.
"Craterostigma har tæt på 200-ELIP gener, der er næsten identiske og er placeret i store klynger på ti eller tyve kopier på forskellige kromosomer," forklarer Bartels. Tørketolerante planter kan derfor formodentlig trække på et omfattende netværk af gener, som de hurtigt kan opregulere i tilfælde af tørke.
Tørkefølsomme arter har normalt de samme gener - omend i lavere kopiantal. Det er heller ikke overraskende: Frø og pollen fra de fleste planter er ofte stadig i stand til at spire efter lange perioder uden vand. Så de har også et genetisk program til at beskytte mod tørke. "Men dette program er normalt slukket ved spiring og kan ikke genaktiveres efterfølgende," forklarer botanikeren. "I opstandelsesplanter forbliver den derimod aktiv."
De fleste arter 'kan klare' tørketolerance
Tørketolerance er altså noget, som langt de fleste planter "kan". De gener, der giver denne evne, dukkede sandsynligvis op meget tidligt i evolutionens forløb. Disse netværk er dog mere effektive i tørketolerante arter og er desuden ikke kun aktive på bestemte stadier af livscyklussen.
Når det er sagt, har ikke alle celler i Craterostigma plantagineum det samme "tørkeprogram". Det viste forskere fra universitetet i Düsseldorf, som også var involveret i undersøgelsen. For eksempel er forskellige tørkenetværksgener aktive i rødder under udtørring end i blade. Dette fund er ikke uventet: Blade skal for eksempel beskytte sig mod solens skadelige virkninger. Det får de hjælp til af f.eks. ELIP'er. Med tilstrækkelig fugt danner planten fotosyntetiske pigmenter, der i det mindste delvist absorberer stråling. Denne naturlige beskyttelse svigter stort set under tørke. Rødder derimod behøver ikke at bekymre sig om solskoldning.
Undersøgelsen forbedrer forståelsen af, hvorfor nogle arter lider så lidt af tørke. På sigt vil det derfor kunne bidrage til forædling af afgrøder som hvede eller majs, der klarer sig bedre tørke. I tider med klimaændringer vil disse sandsynligvis blive efterspurgt mere end nogensinde i fremtiden.