Geneticky rozpolcené topoly

8. říjen 2012
02723670.jpeg

Americký topol chlupatoplodý se rozmnožuje i výhony z kořenového systému. Ty mají původně shodnou dědičnou informaci jako mateřská rostlina, postupem času dochází v DNA nově rostoucích jedinců k náhodným změnám – a bývají, k překvapení vědců, velmi výrazné.

Topol chlupatoplodý (Populus trichiocarpa) pochází ze západu Severní Ameriky. S šedesátimetrovým kmenem tu patří k nejvyšším původním dřevinám. Někdy bývá považován za jeden z mnoha poddruhů topolu balzámového (Populus balsamifera). S tím se sice bez potíží kříží, ale zároveň se od něj liší celou řadou znaků. Má např. mnohem kratší stopky listů a odlišný tvar plodů. Šištice se semeny jsou u topolu balzámového oválné a měří na délku asi 7 milimetrů. Plody topolu chlupatoplodého jsou kulaté a dorůstají asi poloviční velikosti.

Oba topoly vylučují na pupenech pryskyřici, kterou indiáni sbírali a používali ji jako přírodní medicínu. Léčili si tímto balzámem bolesti v krku, kašel nebo bolesti kloubů. Pro rychlý růst si oblíbili topol chlupatoplodý i Evropané. Vysazovali jej do alejí u cest a silnic nebo do větrolamů. Díky tomu najdeme tohoto přivandrovalce z Ameriky i u nás. Dnes se k tomuto rychle rostoucímu stromu upírá pozornost těch, kteří chtějí jeho dřevo využívat jako ekologický zdroj energie.

Listy topolu chlupatoplodého

Molekulární genetiky zaujala na topolu chlupatoplodém jeho dědičná informace. Ta je uložena na devatenácti párech chromozomů a tvoří ji půl miliardy písmen genetického kódu. To je na první pohled hodně. Například čtyřikrát více než se skrývá v první kompletně přečtené rostlinné dědičné informaci náležející huseníčku rolnímu (Arabidopsis thaliana). Na druhé straně je to ale šestkrát menší genom, než jaký nese ve svých buňkách člověk. Některé stromy, například borovice, mají ve srovnání s topolem genom větší dokonce padesátkrát.

Překvapivá genetická odhalení

Genetikům bylo jasné, že pokud chtějí proniknout do genetických tajů dřevin, pak jim do této říše plné záhad pootevírá dveře právě topol chlupatoplodý. V roce 2006 publikoval početný mezinárodní tým vědců v časopise Science popis úplné dědičné informace tohoto stromu. Vědci jej přečetli pro jistotu hned osmkrát. Nalezli v něm asi 45 000 genů. Tedy zhruba dvakrát více, než kolik obsahuje lidská dědičná informace. To nebylo příliš velké překvapení, protože rostliny dokážou spoustu věcí, jež jsou mimo možnosti živočichů. K jejich výsadám patří například fotosyntéza. A také pro tento proces musí být flóra geneticky vybavená. Přesto přináší výzkum dědičné informace topolu chlupatoplodého celou řadu nečekaných odhalení. O jedno se postaral tým amerického genetika Kena Paige u University of Illinois.

Listy topolu balzámového (Populus balsamifera)

Když nechá pachatel na místě činu třeba vlas, určí kriminalisté z izolované dědičné informace pachatelův genetický profil a mezi podezřelými pak mohou pátrat po nositeli stejné DNA. Nemusí přitom zkoumaným lidem trhat vlasy. Mohou použít třeba dědičnou informaci buněk odebraných ze sliznice úst nebo z krve. Dědičná informace je v celém lidském těle prakticky stejná. Pokud by se v roli „podezřelého“ ocitl topol chlupatoplodý, dostali by se kriminalisté do vážných potíží. Při pohledu na profily DNA z kořenů a listů se zdá, jako kdybychom se dívali na dědičnou informaci dvou naprosto odlišných jedinců.

Jeden strom, odlišná DNA

Topol chlupatoplodý se rozmnožuje i výhony z kořenového systému, z nichž vyrostou nové stromy. Tyto výhonky mají původně shodnou dědičnou informaci jako mateřská rostlina. Jenže postupem času dochází v DNA nově rostoucích jedinců k náhodným změnám. Rozsah podobných změn v organismu jedince nebývá velký. Proto je při kriminalistické analýze celkem jedno, jestli genetici provádějí rozbor DNA z krve, vlasu nebo kůže. Paige a jeho tým však odhalil u topolů nečekaně velké rozdíly. Strom má pro nahromadění takových změn dědičné informace dostatek prostoru. Nejhlubší kořeny děli od vrcholku koruny i desítky metrů. Navíc má topol spoustu času. Strom žije i několik staletí.

V půl miliardě písmen genetického kódu ve vzorcích DNA odebraných ze dvou míst jednoho a téhož stromu – například z kořene a listu – našli vědci bezmála 200 000 míst, kde se dědičná informace liší. Skoro 9000 změn postihlo geny, podle kterých topol vyrábí bílkoviny. A více než 5000 změn dědičné informace má za následek, že se bílkovina v listu liší od té samé bílkoviny syntetizované v kořeni.

Kůra topolu chlupatoplodého

Následky náhodných změn dědičné informace topolů nabývají často neuvěřitelných dimenzí. U jednoho stromu a jeho potomka vyrostlého z rodičovských kořenů se nápadně podobaly dědičné informace v pupenech ve vrcholcích korun. DNA z nižších větví obou stromů ale jako kdyby patřily úplně jiným jedincům.

Různorodost není vždy žádoucí

Pro charakteristiku dědičné informace stromu berou genetici obvykle vzorek, který je snadno dostupný. Nejčastěji to jsou listy ze spodních větví. Topol chlupatoplodý však poučil vědce, že to není tak prosté. Vždyť analýzy vzorku z koruny nebo kořene by mohly přinést zcela odlišné výsledky. Z ryze genetického hlediska se v jednom stromu skrývá hned několik velmi odlišných individuí.

Ve srovnání s topoly jsme my lidé geneticky fádní a jednotvární. Občas však nastávají situace, kdy se různorodosti dědičné informace topolů blížíme. Nikdo z nás z toho není nadšený. Uvnitř rychle rostoucích zhoubných nádorů se nacházejí buňky, které se od sebe liší celou řadou genetických změn. To je důvod, proč bývá léčba rakoviny tak složitá. Lék často zabere jen na některé buňky, zatímco jiné – vybavené odlišnými genetickými dispozicemi – mu odolají a převezmou štafetu zhoubného bujení.

Spustit audio
autor: Jaroslav Petr