• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Jak różnorodność genetyczna sprzyja przetrwaniu roślin w zmieniającym się klimacie

    11.10.2011. 17:17
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Zmiany klimatu oddziałują na świat jako całość, niemniej to jak sprawnie organizmy na Ziemi adaptują się do tych zmian może okazać się czynnikiem determinującym, czy sprostają wyzwaniu przetrwania. W toku nowych badań naukowcy z Austrii i USA stwierdzili, że genetyka może odegrać decydującą rolę w tym, jak Arabidopsis thaliana zareaguje na wspomniane zmiany. Badania, których wyniki zaprezentowano w czasopiśmie Science, mogą pomóc w odkryciu podstawy molekularnej zdolności adaptacji do zmian klimatu również innych roślin.

    W porównaniu do zwierząt, kiedy pojawiają się zmiany klimatu rośliny znajdują się w gorszej sytuacji, gdyż nie mogą się przemieszczać. Niemniej naukowcy pracujący pod kierunkiem Uniwersytetu Browna w USA zaobserwowali, że nie są one całkowicie pozbawione własnych środków obronnych, które mogą im zapewnić bodziec potrzebny do przetrwania.

    Na podstawie analizy pospolitej rośliny europejskiej, A. thaliana, naukowcy zidentyfikowali sygnaturę genetyczną, która wpływa na przystosowanie rośliny (tj. na zdolność do przetrwania i reprodukcji) w różnych klimatach. Garnitur genów przekazywany Arabidopsis znajduje się pod wpływem klimatu, co skutecznie determinuje sposób, w jaki roślina optymalizuje swoje zdolności przetrwania i reprodukcji. Zdaniem naukowców zestaw genów określający przystosowanie różni się w zależności od warunków klimatycznych w regionie występowania rośliny: zimno, ciepło, sucho, mokro i inne.

    "To pierwsze badania, które pokazują ewolucyjną adaptację Arabidopsis thaliana na dużą skalę geograficzną i wiążą to z podstawami molekularnymi" - zauważa współautorka Johanna Schmitt, kierowniczka Environmental Change Initiative Uniwersytetu Browna. "Klimat jest czynnikiem selektywnym."

    "Nadal istnieje ewolucyjna elastyczność, która pomaga roślinom obrać taki czy inny kierunek" - wyjaśnia autor naczelny, Alexandre Fournier-Level, doktor z Uniwersytetu Browna. "To daje nam dobre widoki na zaobserwowanie adaptacji."

    Wypowiadając się na temat wyników badań, dr Amity Wilczek z Deep Springs College w USA, współautorka raportu, stwierdziła: "To było naprawdę potężne przedsięwzięcie, wytropienie ponad 75.000 roślin w terenie, od okolic koła podbiegunowego po wybrzeże śródziemnomorskie. Arabidopsis to roślina jednoroczna, dzięki czemu mogliśmy zmierzyć przetrwanie w pełnym cyklu życia w ciągu jednego roku. Zebraliśmy rośliny z różnorodnych klimatów rodzimych i hodowaliśmy niektóre z nich w naszych czterech znacznie od siebie oddalonych, europejskich stanowiskach ogrodowych. Wysłaliśmy nasze rośliny z powrotem do Uniwersytetu Browna, gdzie rozpoczęła się żmudna praca liczenia owoców na roślinach. Ostatecznie byliśmy w stanie zebrać bardzo obszerny i wyczerpujący zbiór danych, który przyniósł nam nową wiedzę na temat tego, czego potrzebują rośliny, aby radzić sobie w przyrodzie w dosyć zróżnicowanych warunkach klimatycznych."

    Zidentyfikowanie mechanizmów molekularnych, które być może zapewniają Arabidopsis elastyczność genetyczną potrzebną do sprostania wyzwaniom klimatycznym pomogłoby wyjaśnić, w jaki sposób klimat jest w stanie uruchamiać przebudowę profili genetycznych u innych roślin.

    Wkład w badania wnieśli również eksperci z Instytutu im. Gregora Mendela przy Austriackiej Akademii Nauk.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Odporność roślin na suszę, odporność roślin na deficyt wody – zdolność roślin do przetrwania w środowisku, które nie zapewnia odpowiedniej ilości wody dla organizmu. Mechanizmy zapewniające przetrwanie mogą mieć charakter morfologiczny, fizjologiczny i biochemiczny. Część mechanizmów odpornościowych ma charakter adaptacji, cechy dziedziczone, a część charakter aklimatyzacji, cech pojawiających się w warunkach stresu nie przekazywanych na kolejne pokolenia. Wyróżniane są dwie strategie odporności na suszę. Pierwsza z nich polega na przeciwdziałaniu odwodnieniu, rośliny stosujące taką strategię nazywane są roślinami homeohydrycznymi. Druga strategia polega na tolerowaniu odwodnienia, rośliny stosujące taką strategię nazywane są roślinami poikilohydrycznymi. Susza może mieć charakter suszy atmosferycznej, czyli niskiej względnej wilgotności powietrza, suszy glebowej, czyli niskiej zawartości wody w glebie albo suszy fizjologicznej, związanej z zasoleniem gleby lub zamarznięciem wody w glebie. Aklimatyzacja – rodzaj adaptacji; spowodowane zmianą miejsca pobytu, zachodzące w naturalnych warunkach, przystosowanie się do nowych dla danego organizmu warunków klimatycznych. W zakres aklimatyzacji wchodzą przystosowania do klimatu, czasu i wysokości. Przystosowanie zachodzące w warunkach laboratoryjnych, do sztucznie wytwarzanych warunków, nazywamy aklimacją. Metalofity – rośliny zdolne do przetrwania w środowisku zanieczyszczonym metalami ciężkimi takimi jak cynk, ołów, nikiel itd. Dla większości organizmów są to warunki niesprzyjające, więc mogą w nich przetrwać te, które wykształciły odpowiednie adaptacje morfologiczne i fizjologiczne. Potrafią także radzić sobie z niedostatkiem substancji pokarmowych i wody. Siedliska metalofitów mogą, poza zawartością metali, znacznie się różnić, przez co ciężko porównywać poszczególne ich zbiorowiska. Rośliny można podzielić na te, które tolerują obecność metali (ale mogą występować także w innych warunkach) – metalofity fakultatywne – i na te, które są związane z występowaniem zanieczyszczeń (mogą przetrwać tylko wtedy, gdy metale ciężkie występują w glebie) – metalofity obligatoryjne.

    Rzodkiewnik pospolity (Arabidopsis thaliana (L.) Heynh.) – gatunek rośliny zielnej, należący do rodziny kapustowatych. Rzodkiewnik pospolity jest w botanice (m.in. genetyce roślin) gatunkiem modelowym (podobnie jak myszy i muszka owocowa w badaniach biologicznych człowieka) Rośliny pojkilohydryczne – rośliny cechujące się zmiennym uwodnieniem organizmów, które zależy i niewiele różni się od nawodnienia otoczenia. Typową cechą komórek tych roślin jest brak centralnie położonej wakuoli. Pomimo zmian zawartości wody nie dochodzi do uszkodzenia ultrastruktury komórki i po okresie suchy organizmy pojkilohydryczne powtórnie wykazują pełną aktywność metaboliczną. Strategię adaptacyjną polegającą na dopuszczeniu wysuszenia organizmu stosują mszaki oraz porosty. Zdolności do przetrwania organizmu po wysuszeniu wykazują także niektóre rośliny nagonasienne i okrytonasienne. Jednak strategia ta jest typowa dla wszystkich ziaren pyłku i nasion.

    Typy klimatów – jednostki stosowane w klasyfikacji klimatu. Odznaczają się charakterystycznymi cechami przebiegu elementów klimatu odmiennymi od innych typów; ten sam typ klimatu może występować w różnych obszarach geograficznych, w przeciwieństwie do regionów klimatycznych. Pojęcie "Typ klimatu" zostało wprowadzone do klimatologii pod koniec XIX wieku przez Wladimira Köppena, niezależnie od stref klimatycznych. Tropofity – rośliny klimatu zmiennego, gdzie okresy korzystnych warunków dla wzrostu roślin pojawiają się cyklicznie. Potrafią przetrwać zarówno ostrą zimę jak i upalne lato.

    Kwitnienie, okres kwitnienia, okres dojrzałości – u roślin nasiennych okres, w którym dochodzi do wytworzenia kwiatów. Rośliny w początkowym okresie wzrostu nie są w stanie wytworzyć kwiatów. Czas ten określany jest jako okres młodociany lub juwenilny, a jego długość zależy od gatunku rośliny oraz warunków w jakich następuje jej wzrost. Niektóre rośliny mogą przejść w fazę generatywną już po kilku dniach wzrostu, inne mogą wytworzyć kwiaty dopiero po kilkudziesięciu latach rozwoju młodocianego. Niektóre rośliny wytwarzają kwiaty tylko raz w życiu. Są to rośliny monokarpiczne, które po kwitnieniu starzeją się i obumierają. Zalicza się do nich rośliny jednoroczne, niektóre dwuletnie oraz część roślin wieloletnich. Drugą grupę stanowią rośliny polikarpiczne, które po osiągnięciu dojrzałości kwitną wielokrotnie. Przechodzenie do fazy dojrzałości może zachodzić stopniowo w kolejnych pędach. Pierwsza zakwitają pędy położone najwyżej,a pędy w dolnych partiach rośliny dłużej pozostają w fazie młodocianej. Stopniowe przechodzenie części rośliny w fazę dojrzałości określa się jako zjawisko topofizy. EdGCM jest modelem ogólnej cyrkulacji atmosfery (ang. Global Circulation Model, w skrócie GCM) napisanym w celach edukacyjnych. Model może być uruchamiany na PC, ma wbudowany prosty interfejs graficzny i bazę danych i może być wykorzystany do badań zmian klimatu. Jest oparty na modelu z NASA Goddard - GISS Model II. Pozwala nauczycielom i uczniom wyrobić intuicję dotyczącą współczesnych problemów klimatycznych i zapoznanie się z narzędziami wykorzystywanymi przez naukowców w badaniach zmian klimatu.

    Plastyczność fenotypowa – zdolność jednego genotypu do wytworzenia kilku alternatywnych fenotypów. O fenotypie wspólnie z genotypem decydują czynniki środowiskowe. Zmiana warunków środowiska może także prowadzić do zmiany fenotypu. Plastyczność fenotypowa jest jednym z podstawowych mechanizmów adaptacji i obejmuje szereg zmian morfologicznych, fizjologicznych i behawioralnych, obserwowanych u wielu organizmów. Zjawisko jest przedmiotem badań wielu dziedzin biologi, w tym genetyki, genomiki, biologii ewolucyjnej, ekologii, fizjologii i biologii rozwoju. Jest szeroko rozpowszechnione w przyrodzie i w różny sposób może wpływać na tempo ewolucji, przyspieszając ją, spowalniając lub nie zmieniając tempa zmian ewolucyjnych.

    Zmienność genetyczna – naturalne różnice sekwencji DNA (genotypu) organizmów jednego gatunku. Różnice te mogą powodować zmiany w budowie białek lub czasie i miejscu ich wytwarzania, w efekcie prowadząc do różnic w fenotypie, np. inne ubarwienie sierści, różna odporność na zmiany temperatury, zdolność (lub jej brak) do trawienia laktozy. Wiele cech, które są zróżnicowane genetycznie prawdopodobnie nie ma wpływu na przeżycie organizmów (np. kolor oczu u ludzi), ale zmienność genetyczna cech, które mogą wpłynąć na przystosowanie organizmów, to „paliwo” ewolucji. Organizmy mogą się też różnić nie kodującymi sekwencjami DNA. Takie różnice nie mają znanego nam wpływu na fenotyp, ale są użyteczne w analizie zmienności genetycznej przez biologów.

    Dendroklimatologia – nauka zajmująca się rekonstruowaniem warunków klimatycznych i ich zmian w czasie i przestrzeni na podstawie pomiarów słojów drzew. Dzięki technikom dendroklimatologii jest możliwe poznanie kierunków zmian klimatu. Techniki umożliwiają rekonstrukcję danych dotyczących temperatury, opadów i innych czynników klimatycznych.

    Dodano: 11.10.2011. 17:17  


    Najnowsze