Hogyan lett szupergyom a parlagfű?
Másfél évtizedes tudományos nyomozás után a célegyenesbe fordultak Poczai Péter parlagfűkutatásai. A növénybiológus a növénygyűjtemények, azaz a herbáriumok mélyén talált rá a megoldásra, de az eredményhez kellett a neandervölgyiek genomja és a fotoszintézisért felelős kloroplasztisz is.

Hogyan lett szupergyom a parlagfű?

A parlagfűfélék inváziós növényeknek számítanak, és becslések szerint ezek az özönfajok Európában 3800 milliárd forintnak (12 milliárd eurónak) megfelelő gazdasági kárt okoznak évente. A mezőgazdaságban évtizedekig a totális gyomirtószerek közül a glifozát nevű gyomirtószert használták ellenük, annak ellenére, hogy a gyomkutatók előtt korábban is ismert volt: az óriás parlagfű (Ambrosia trifida) rezisztens a glifozátra.

A kutatók sokáig tanácstalanok voltak, hogy mi okozhatja az óriás parlagfű rezisztenciáját a glifozáttal szemben, mert nem találtak benne más fajokhoz hasonló, úgynevezett hatáshely-rezisztenciát okozó génmutációkat. Így arra a következtetésre jutottak, hogy az óriás parlagfű glifozátrezisztenciája egyfajta nem-hatáshely rezisztencia, amit több gén okozhat, és komplex módon öröklődik.

Érthető, hogy a kutatások az allergén ürömlevelű parlagfűre (Ambrosia artemisiifolia) koncentrálnak, a botanikailag és genetikailag legalább annyira érdekes más fajok, az óriás parlagfű vagy az évelő parlagfű (A. psilostachya) pedig kimaradnak. Ugyanakkor szinte semmit nem tudunk a Linné által Szent Ambrusról elnevezett Ambrosia nemzetségről: nem tudjuk, mikor alakultak ki a fajok, ahogy azt sem, hogy mennyi van belőlük.

Poczai Péter 2005-ben kezdte keresni a választ ezekre a kérdésekre, de azzal kellett szembesülnie, hogy a rendelkezésre álló herbáriumi anyagok nagyon ritkák. Ráadásul a projekt évekig eredménytelen volt amiatt, mert nem sikerült használható DNS-t kivonni a mintákból.

A herbáriumi anyagokból kivont DNS tanulmányozása sok esetben bonyolult feladat. A példányokhoz nehéz hozzáférni, mert a legtöbb múzeumban hét pecsét alatt őrzik őket - bonyolult és hosszadalmas engedélyezési eljárások után lehet csak a préselt növényekből egy kis darabkát lecsípni.

Hiába tartott éveken át a mintagyűjtögetés, kudarcba fulladt az is, amikor a laborban az értékes múzeumi példányokból kivont DNS koncentrációját próbálták megmérni. A legtöbb esetben minél több módszerrel végeztek el méréseket, annál többféle eredményt kaptak, és végül a polimeráz láncreakción (PCR) alapuló sokszorosítási eljárások sem működtek. Az elkeseredést tovább rontotta, hogy kiderült: a növények számos olyan kémiai anyagot, poliszaharidokat és polifenolokat tartalmaznak, amelyek akadályozzák a DNS-vizsgálatokat.

Pár éve aztán rájöttek, hogy a herbáriumi anyagokból a fotoszintézist végző kloroplasztisz különálló DNS-állományának felszaporítása és vizsgálata eredményre vezethet. A növényi sejtekben nagy számban előforduló színtestek ugyanis a vastag növényi sejtfal által védettek és nagyobb arányban maradnak épségben.

Poczai Péter és kutatótársai nemrég a növénybiológia legújabb fejleményeivel foglalkozó Frontiers in Plant Science folyóiratban írtak arról, hogy herbáriumból kinyert DNS-ből összerakták az óriás parlagfű kloroplasztisz genomját, amit aztán a lehetséges összes genomikai elemzésnek is alávetettek. Meghatározták evolúciós rokonsági viszonyát a többi fészkesvirágzatú (Asteraceae) rokonához képest, és összehasonlító elemzésben leírták a kloroplaszisz genomszerkezetének változásait, összevetve azt az olyan többi rokon fajjal, mint a napraforgó vagy a kerti saláta.

Eközben adta magát az ötlet, hogy ha rendelkezésükre áll a herbáriumi anyagból az óriás parlagfű rekonstruált kloroplasztisz genomja, akkor nézzék meg, hogy ki tudnak-e valamit deríteni a rejtélyes rezisztenciatípusról. Az eredményeiket összevetették a korábban genomi adatbázisokba feltöltött glifozátrezisztens és szenzitív óriás parlagfüvekből gyűjtött RNS-adatokkal. Ezek a nyers adatok a rezisztens és szenzitív egyedekből származó aktivizálódó gének információját tartalmazták, ám referencia híján ezeket korábban más kutatók nem tudták értelmezni. A herbáriumi anyagból rekonstruált genom segítségével viszont meg tudták vizsgálni, mi történik a glifozátrezisztens órás parlagfű fotoszintézisért felelős kloroplasztisz genomjában.

Kapóra jött, hogy a herbáriumi anyagokban kis mennyiségű töredezett DNS van, ami viszont tökéletesen megfelel az új generációs szekvenálási módszerekhez. Az ultrahangos szonikátor technológiával ugyanis az ép hosszú DNS láncokat is apró darabokra tördelik azért, hogy komplementer elemeket kapjanak. A herbáriumokban lévő DNS már eleve töredezett és kis darabokban van, ami ideális. Olyan minták is életre kelnek, amik eddig soha, és olyan anyagokat vizsgálhatnak, amelyeken a korábbi PCR módszerekkel csődöt mondtak.

Az új módszerrel meglepő eredményre jutottak: a glifozát hatására ugyanazok a gének aktivizálódnak a növényben, mint amikor teljesen általános stresszel szembesül, mint a szárazság vagy hő.

Az így kialakult rezisztencia egyfajta válasz a mesterséges evolúciós nyomásra. A növények olyan rezisztenciával rendelkeznek, amely védelmet jelenthet más gyomirtó szerekkel szemben is. Még azok ellen is hatásosak lehetnek, amiket még kis se fejlesztettek. Az óriás parlagfű a gyomirtószeres kezelésekre stresszhelyzetben kiváltott génjeinek tág palettáját beveti, és sikerrel alkalmazkodik az új helyzethez. Ez maga a szemünk előtt zajló evolúció.

Igazolni tudták azt a korábbi elméletet is, hogy ez a fajta nem-hatáshely rezisztencia a korábban a szántóföldeken a permetezést túlélő növényekből alakul ki. Méghozzá valószínűleg úgy, hogy az utódokban generációról generációra több olyan gén halmozódik fel, amelyek védettséget biztosítanak a glifozát ellen. Ráadásul ezek a növényi túlélésért felelős, teljesen általános gének, amelyek összeadódva túlélési előnyt biztosítanak a növénynek, vagyis sikeresek.

Mindez evolúciós léptékben rendkívül rövid idő alatt alakult ki, kizárólag emberi hatásra. Az USA-ban most már több évtizede használnak glifozátrezisztens termesztett növényeket, amelyeknél nem jelent problémát a szántóföldön a kijuttatott hatóanyag mennyisége. A határértékek túllépése alakítja ki a szupergyomokat.

Jelenleg az összes parlagfű faj genomikai elemzését végzik és vélhetően még idén befejezik azokat a vizsgálatokat, amik elvezetnek a parlagfüvek evolúciós törzsfájához. Az egész történet azt bizonyítja, hogy sokat tanulhatunk abból, ha elkezdjük kinyitni a múlt kincsesládáit, a herbáriumokat.

Poczai Péter növénybiológus a Pannon Egyetem keszthelyi Georgikon Mezőgazdaságtudományi Karán szerezte kutató növényorvosi alapdiplomáját, majd növénygenetikából doktorált, jelenleg a Finn Természettudományi Múzeum tudományos munkatársa.

2019. 03.07. / Forrás: qubit.hu

© 2008 Tégy a parlagfű ellen!
Impresszum Kapcsolat Adatvédelem
Created by: PRAE.HU Kft.