Sciencemag.cz
Doporučujeme
Jedním z důležitých faktorů, na kterých závisí výnosnost plodin, je teplota. Extrémní výkyvy teploty, zvláště pak vlny veder, ovlivňují reprodukční systém rostlin, což vede ke snížení jejich výnosu. Biologové na CEITEC Masarykovy univerzity se snaží pochopit molekulární podstatu tohoto jevu a při svém nedávném výzkumu zjistili, jak zvýšená teplota ovlivňuje citlivost reprodukčního aparátu rostlin a vývoj pylu. Toto zjištění naznačuje, jak cíleně šlechtit nové odrůdy rostlin, které budou odolnější vůči klimatickým změnám.
Globální oteplování způsobené klimatickými změnami vede k extrémním výkyvům počasí, kdy například na jaře zažíváme nárazové vlny veder, které dříve nebyly obvyklé. Toto má z celé řady důvodů významný dopad na výnosy plodin. Reprodukční systém rostlin je citlivý ke zvýšené teplotě a tvorba pylu je vůči vysokým teplotám obzvláště zranitelná, což může v extrémních případech vést k samčí sterilitě. Vědci z CEITEC Masarykovy univerzity se proto zaměřili na samčí meiózu – proces, při kterém vznikají haploidní buňky, ze kterých se dále vyvíjí pyl. Zjistili, že při tepelném stresu dochází během meiózy k poruchám dělení chromozómů, což vede k chybám v distribuci genetického materiálu do dceřiných buněk a zastavení vývoje pylu. To má závažný dopad na reprodukci rostlin a tvorbu plodů a semen.
„Pro správné rozdělení genetického materiálu do dceřiných buněk jsou důležité tzv. centromery, části chromozomů, na které se připojují mikrotubuly, což jsou taková buněčná lana, jimiž se chromozomy přitahují do nově vznikajících buněk. Zjistili jsme, že zvýšená teplota způsobuje zmenšování centromer v meiotických buňkách, a to vede k větší chybovosti při dělení chromozomů do nově vznikajících buněk, což má vliv na vývoj pylu,“ říká Lucie Crhák Khaitová z CEITEC Masarykovy univerzity.
Studie, kterou otiskl vědecký časopis eLife, představuje nový pohled na to, jak teplota ovlivňuje fundamentální buněčný proces jako je segregace chromozomů. „Tento objev byl pro nás nečekaný. Centromery mají i všechny buňky lidského těla, a ty normálně fungují při 37 °C. Proto je pro nás překvapením, že meiotické centromery rostlin jsou citlivé k teplotám už kolem 30 °C. Toto naznačuje, že by mělo být možné zvýšit odolnost těchto centromer a vytvořit odrůdy rostlin, které budou lépe adaptované k teplotním výkyvům,“ doplňuje Karel Říha, molekulární biolog a vedoucí výzkumné skupiny.
Vědci při svém výzkumu použili světově unikátní metodiku, která jim umožňuje vizualizovat dělení chromozomů přímo v reprodukčních tkáních rostlin. Mohli proto „naživo“ sledovat průběh samčí meiózy v živých prašnících rostlin kultivovaných přímo před objektivem mikroskopu v komůrce simulující prostředí s vyšší teplotou.
Nyní se vědci snaží objasnit mechanismus, který stojí za citlivostí rostlinných centromer ke zvýšeným teplotám. Tyto poznatky přispějí k pochopení vlivu teplotních změn na plodnost rostlin a budou důležité pro šlechtění plodin lépe odolných vůči klimatickým změnám – tj. plodin, které by produkovaly vyšší výnosy i při větších teplotních výkyvech.
