• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Uczony na tropie ochrony przed roślinnymi demonami

    21.09.2011. 08:04
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Strzyga - demon z wierzeń słowiańskich - przeważnie był płci żeńskiej i żywił się krwią swoich ofiar. Nazwa ta oddaje charakter roślinnych pasożytów z rodzaju Striga. Okazuje się, że rośliny same przyczyniły się do rozwoju tych pasożytów. Jak to możliwe i dlaczego jeszcze strigolakony są tak interesujące dla naukowców wyjaśnia w rozmowie z PAP Marek Marzec z Katedry Genetyki Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach.

    Nauka w Polsce: Co to są strigolaktony?

    Marek Marzec: Strigolaktony to nowa grupa hormonów roślinnych, które odpowiadają za architekturę części nadziemnych roślin, rozwój korzeni bocznych oraz nawiązywanie symbiozy pomiędzy korzeniami roślin a pewnymi grzybami. Ponadto hormony te biorą udział w inicjacji kiełkowania nasion roślin pasożytniczych - parazytofitów.

    Właśnie od poszukiwania substancji, która może pobudzać kiełkowanie roślinnych pasożytów rozpoczęły się badania nad strigolaktonami. Po zidentyfikowaniu kilku substancji o podobnej budowie chemicznej zaliczono je do jednej wspólnej grupy i nazwano strigolaktonami, od nazwy łacińskiej jednego z pasożytów - Striga sp. Innymi pasożytami, których nasiona pobudzane są do kiełkowania przez strigolaktony, są przedstawiciele rodzajów: Orobanche i Alectra.

    NwP: Czyli rośliny same produkują hormon, dzięki któremu rozwijają się ich pasożyty?

    Marek Marzec: Przez długi czas było zagadką, dlaczego rośliny wydzielają do gleby substancje pobudzające kiełkowanie ich własnych pasożytów. Zrozumienie tego samobójczego procesu stało się możliwe po odkryciu, że strigolaktony wydzielane przez korzenie roślin są konieczne do nawiązania symbiozy z arbuskularnymi grzybami mikoryzowymi. Z uwagi na fakt, że jest to bardzo wczesny ewolucyjnie proces, przyjmuje się, że rośliny pasożytnicze wykorzystały istniejący już w przyrodzie mechanizm w celu lokalizacji korzeni swoich ofiar.

    NwP: Sprytnie. I to, co zgubne dla roślin jest zapewne ciekawe dla naukowców?

    Marek Marzec: Zgadza się, jednak rozkwit badań nad strigolaktonami nastąpił, gdy opisano ich udział w kontroli rozkrzewiania pędu, nadziemnej części rośliny. Hormony te działają pod kontrolą auksyny i ograniczają rozwój zawiązków bocznych. W przypadku, gdy dojdzie do zatrzymania procesu produkcji (biosyntezy) strigolaktonów ich stężenie w tkankach rośliny spada, co powoduje wzrost zawiązków bocznych i zwiększenie rozkrzewienia pędu. Podobny efekt jest skutkiem uszkodzenia mechanizmów sygnalizacji tej grupy hormonów, np. powstaniem nieprawidłowych receptorów. Niezależnie od stężenia strigolaktonów w tkankach rośliny, sygnał o ich obecności nie jest wtedy odbierany, a przez to rozwój zawiązków bocznych odbywa się bez żadnych przeszkód.

    NwP: A czym są mutanty strigolaktonowe?

    Marek Marzec: Pod pojęciem mutantów strigolaktonowych rozumiemy takie rośliny, u których mutacja (uszkodzenie bądź zmiana w kodzie genetycznym) zlokalizowana jest w obrębie genów kodujących białka zaangażowane w biosyntezę lub sygnalizację strigolaktonów.

    Oczywiście nie każda zmiana zapisu nukleotydowego będzie przekładała się na zmianę, bądź wyłączenie funkcji białka, a przez to na fenotyp osobnika. Dlatego na etapie identyfikacji mutantów konieczne jest znalezienie jak największej liczby roślin, ze zmianami w obrębie badanych genów, a następnie analiza bioinformatyczna otrzymanych wyników i opis fenotypowy rośliny niosącej taką mutację.

    NwP: Jak uczeni ich szukają?

    Marek Marzec: W celu poszukiwania mutacji w genach kodujących białka biosyntezy i sygnalizacji strigolaktonów wykorzystana zostanie platforma HorTILLUS, stworzona w Katedrze Genetyki Uniwersytetu Śląskiego w ramach grantu badawczego, zamawianego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

    Platforma ta obejmuje ponad 10 tys. roślin po chemicznej mutagenezie, z których wyizolowano DNA, opisano szczegółowo ich wygląd i zgromadzono wyprodukowane przez nie ziarniaki. Z wykorzystaniem techniki TILLING możliwe jest stosunkowo szybkie przeszukanie całej populacji w celu zidentyfikowania osobników niosących mutacje w określonym fragmencie DNA.

    NwP: Dziękuję za rozmowę.

    PAP - Nauka w Polsce, Karolina Olszewska

    agt/bsz


    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Strigolaktony − grupa regulatorów wzrostu i rozwoju roślin. Ta grupa związków to pochodne karotenoidów, zawierające labilne wiązanie estrowe. Wykazano, że strigolaktony wraz z cytokininami i auksynami wpływają na rozgałęzianie pędów roślin, pełnią więc funkcję fitohormonów. Wydzielane do gleby stymulują wzrost i rozgałęzienie strzępek abskularnych grzybów mikoryzowych oraz stymulują kiełkowanie nasion roślin pasożytniczych z rodzaju Striga i Orobanche. Kiełki – rośliny we wczesnej fazie wzrostu, nie przekształcone w siewki. Kiełki otrzymywane z nasion niektórych gatunków roślin (między innymi warzyw, zbóż i ziół) są wykorzystywane jako produkt spożywczy. Ze względu na duże ilości łatwo przyswajalnych składników odżywczych, wytwarzanych podczas procesu kiełkowania (między innymi białek, tłuszczów, witamin i związków mineralnych), są cennym elementem diety. Zawartość tych składników jest większa niż w porównywalnej masie w pełni wykształconych części jadalnych odpowiednich roślin. Kiełki są dostępne przez cały rok. Ssawki, haustoria – odgałęzienia pasożytniczego grzyba lub drobne korzenie boczne roślin pasożytniczych, wrastające w ciało organizmu żywicielskiego i pobierające z niego substancje pokarmowe. Ssawki pasożytów łodygowych przenikają przez warstwę korową i miękiszową łodygi żywiciela, a po dotarciu to tkanki przewodzącej następuje wykształcenie elementów przewodzących i połączanie systemów przewodzących żywiciela i pasożyta. Pasożyty korzeniowe łączą się ssawkami z systemem przewodzącym rośliny żywicielskiej po wrośnięciu w jej korzenie. Rozwój ssawek związany jest z odbieraniem sygnałów chemicznych od rośliny żywicielskiej oraz zmiany potencjału redoks. Stwierdzono, że rozwój haustoriów roślin pasożytniczych może być hamowany przez abskularne grzyby mikoryzowe.

    Fotoblastia, nasiona fotoblastyczne – zjawisko regulacji kiełkowania nasion przez światło występujące u niektórych roślin wyższych odpowiedzialne za pozostanie w stanie spoczynku lub wyjście z niego. W zależności od reakcji na światło rozróżniana jest fotoblastia dodatnia, gdy światło stymuluje kiełkowanie i fotoblastia ujemna, gdy światło hamuje kiełkowanie. Tylko nieliczne rośliny wytwarzają nasiona niewrażliwe na światło. Jest to około 4% gatunków, jednak jest wśród nich wiele gatunków uprawianych przez człowieka. Światło może być czynnikiem niezbędnym do wykiełkowania, tak jest u jemioły lub jedynie przyspieszać kiełkowanie. Allelopatia (z gr. – allelon (wzajemny) i pathos (cierpienie)) – szkodliwy lub korzystny wpływ substancji chemicznych wydzielanych przez rośliny lub grzyby danego gatunku lub pochodzących z rozkładu tych roślin. Allelopatia odnosi się głównie do substancji chemicznych wydzielanych do podłoża, które wpływają na wzrost innych organizmów w bezpośrednim otoczeniu, głównie roślin i bakterii. Substancje mogą pobudzać lub hamować kiełkowanie, a także wzrost i rozwój innych gatunków roślin żyjących w bliskim sąsiedztwie lub zajmujących bezpośrednio po nich to samo miejsce.

    Siewka – etap w rozwoju rośliny następujący po kiełkowaniu nasiona, czyli po pojawieniu się korzonka zarodkowego (kiełka). Siewki, w odróżnieniu od kolejnych etapów rozwoju, rosną dzięki substancjom pokarmowym zgromadzonym w nasieniu. W fazie siewki z korzenia zarodkowego zaczynają wyrastać korzenie boczne kotwiczące roślinę w glebie, a z pączka wyrasta młody pęd osiągający powierzchnię ziemi. W zależności od tego czy kiełkowanie jest epigeiczne lub hipogeiczne, liście zarodkowe, czyli liścienie, są wynoszone ponad lub pozostają pod powierzchnią gleby. Po wykształceniu liści asymilacyjnych i umocowaniu się korzenia w glebie siewka staje się samożywna. Samopłonność, samosterylność – jeden z mechanizmów zapobiegających samozapyleniu się – zapyleniu słupka kwiatów przez pyłek pochodzący z tej samej rośliny. Dla większości roślin takie samozapylenie jest bowiem niepożądane, gdyż prowadzi do zmniejszenia różnorodności genowej osobników potomnych. Samopłonność polega na tym, że ziarno pyłku nie może kiełkować na znamieniu słupka z tej samej rośliny lub kiełkowanie to jest bardzo utrudnione. Istnieją różne mechanizmy samopłonności u różnych roślin. Np. u roślin z rodzaju kapusta już w momencie rozchylania się płatków korony na znamieniu słupka pojawia się kutykula, której nie mogą przebić ziarna pyłku z własnych kwiatów, mogą tego natomiast dokonać ziarna pyłku z kwiatów tego samego gatunku, ale z innej rośliny. W rodzinie psiankowatych, u gorczycy sarepskiej czy żyta zwyczajnego na znamieniu słupka istnieją substancje chemiczne uniemożliwiające kiełkowanie własnego pyłku. U lucerny siewnej co prawda własne ziarna pyłku kiełkują i nawet dochodzi do zapłodnienia, ale obumierają nasiona powstałe w wyniku tego zapłodnienia.

    Koliny – substancje chemiczne wytwarzane przez rośliny wyższe wpływające na wzrost i rozwój roślin wyższych rosnących w pobliżu. Jest to grupa związków zaliczanych do allelopatin i w znacznym stopniu decydują o składzie gatunkowym formacji roślinnych. Substancje allelopatyczne mogą być wytwarzane przez tkankę gruczołową organów nadziemnych i uwalniane w formie lotnej lub rzadziej w wyniku eksudacji przez system korzeniowy. Kiełkowanie (germinacja) – zespół procesów zachodzących wewnątrz nasiona, które prowadzą do aktywacji zarodka. Rozpoczęcie wzrostu siewki jest zakończeniem kiełkowania i rozpoczęciem następnej fazy rozwojowej. Makroskopowym objawem zakończonego kiełkowania jest pojawienie się korzonka zarodkowego, co jest już objawem wzrostu. Kiełkowanie polega na przemianie nasienia w siewkę.

    Wzrost i rozwój roślin – proces wzrostu i rozwoju zachodzące jednocześnie lub oddzielnie w organizmie rośliny. Przez wzrost w fizjologii rozwoju rozumie się proces nieodwracalnego powiększania ciała rośliny. Wzrost zachodzi w określonych strefach rośliny w wyniku podziałów komórek i zwiększania ich objętości. Rozwój rozumiany szeroko obejmuje zarówno wzrost, jak i różnicowanie, tworzenie wzorca i morfogenezę. W sensie wąskim rozwój obejmuje różnicowanie, a morfogeneza jest efektem wzrostu i różnicowania.

    Korzeń proteoidowy – specyficzna forma korzenia wykształcanego przez rośliny w celu zwiększenia powierzchni chłonnej. Korzeń tego typu charakteryzuje się dużą liczbą drobnych korzeni bocznych z licznymi włośnikami. Wyglądem przypomina szczotkę. Nazwa została zaproponowana przez Helen Purnell w roku 1960 i pochodzi od nazwy rodziny roślin, u których po raz pierwszy wykryto tą formę korzeni. Duża powierzchnia chłonna zapewnia roślinom z korzeniami proteoidowymi odpowiednie zaopatrzenie w związki mineralne na ubogich glebach. Naturalnie rośliny takie wysapują na terenach położnych wokół Morza Śródziemnego, w Afryce Południowej oraz Australii. Gatunki u których wykryto korzenie proteoidowe zwykle nie tworzą mikoryzy.

    Gumoza – występujące u roślin zjawisko powstawania gumowatych nacieków. Gumoza jest reakcją obronną rośliny na uszkodzenie tkanek przez czynniki zewnętrzne, np. urazy mechaniczne, czy uszkodzenia spowodowane przez szkodniki i pasożyty. Uszkodzone w ten sposób tkanki ulegają wysychaniu, co powoduje, że podlegają one gumozie. Substancje wytwarzane przez roślinę podczas gumowacenia zabezpieczają tkanki roślin przed wnikaniem pasożytów, zarazków i dalszym uszkodzeniem rośliny. Substancje te, tzw. guma roślinna, wykazują dość znaczną elastyczność, jednak nie zawierają w swoim składzie kauczuku. Mają własności śluzowate i są rozpuszczalne w wodzie. Po deszczu, zwłaszcza długotrwałym, ulegają silnemu napęcznieniu i rozrzedzeniu. Rośliny bezzieleniowe – są to rośliny pasożytnicze będące pasożytami całkowitymi, które nie prowadzą fotosyntezy lecz wszystkie potrzebne do życia substancje organiczne czerpią z organizmu żywiciela. W odróżnieniu od półpasożytów, rośliny te w ogóle nie posiadają zielonego chlorofilu, który umożliwiałby fotosyntezę. Ze względu na organizm żywiciela, wśród roślin bezzieleniowych wyróżnia się:

    Mikoryza – jest to występujące powszechnie zjawisko, polegające na współżyciu korzeni lub innych organów, a nawet nasion roślin naczyniowych z grzybami (dotyczy około 85% gatunków roślin wyższych z całego świata). Tego typu symbioza daje obu gatunkom wzajemne korzyści, polegające na obustronnej wymianie substancji odżywczych – rośliny mają lepszy dostęp do wody i rozpuszczonych w niej soli mineralnych (grzyb stanowi "przedłużenie" systemu korzeniowego rośliny), ale także do substancji produkowanych przez grzyby, a regulujących wzrost i rozwój roślin. Z kolei grzyb korzysta z produktu fotosyntezy roślin – glukozy. Reakcja nadwrażliwości, HR (ang. hypersensitive response) – mechanizm wykorzystywany przez rośliny w celu uniknięcia rozprzestrzeniania się zakażenia grzybami, bakteriami lub wirusami. Mechanizm polega na szybkim obumarciu zainfekowanych i sąsiadujących z nimi komórek. W efekcie nie dochodzi do rozprzestrzenienia się patogenu. Reakcja nadwrażliwości prowadzi do pozbawiania pasożytniczego organizmu pokarmu i uniemożliwiając mu dalszy rozwój.

    Dodano: 21.09.2011. 08:04  


    Najnowsze