Informace organizace BIOTRIN

Přítomnost železa v půdě je nezbytná pro růst rostlin. Hraje důležitou roli v látkové výměně rostliny, jeho dostatečné množství je mj. nutné při produkci chlorofylu. Přestože rostliny obecně vstřebávají železo z půdy spíše obtížně a dokáží vázat jen určité formy železa za určitých podmínek, může se pro ně půda s jeho aktuálním nadbytkem stát toxickou.

Příklady uvádí nedávná publikace Li et al. 2019 v časopisu Nature Communication, blíže komentovaná i na webu kalifornského Salk Institute for Biological Studies.

Příčinou takové vysoké hladiny železa v půdě mohou být silné deště a špatné provzdušnění půdy, a to obzvláště v oblastech s povodňovými obdobími jako je západní Afrika nebo tropická Asie. Obdobné problémy se však mohou vyskytovat třeba na chronicky zavlažovaných rýžových polích. Poškození či dokonce smrt buněk jsou pak příčinou poklesu růstu zejména kořenového systému, posléze i celé rostliny. Ztráty rýžové sklizně pak mohou dosáhnout až 90 %.

Jak získat/vyšlechtit nové odrůdy tolerantní k vysoké hladině železa? Toto úsilí bylo dlouhodobě téměř neúspěšné. V posledních dvou desetiletích se vědci pokoušejí odhalit u různých rostlin geny odpovědné za takovou toleranci.

Tým vedený profesorem Wolfgangem Buschem však svůj rozsáhlý výzkum započal zejména cílenou přípravou a charakteristikou série mutantních linií modelové rostliny Arabidopsis thaliana. Vědci k tomu použili techniku genové editace CRISPR/Cas 9. Některé takto získané rostliny vykazovaly výrazně změněnou toleranci vůči toxicitě železa, a proto vědci použili asociační studii genomu (GWAS) k nalezení odpovědného genu. Jejich analýzy určily gen GSNOR jako klíč k umožnění růstu kořenů rostlin v prostředí s vysokou koncentrací železa. Jeho název je odvozen od názvu enzymu, jenž kóduje.

S-nitrosoglutathione reduktase (GSNOR) se mj. účastní regulace hladiny volných radikálů (reactive oxygen species, ROS), jak za fyziologických, tak za stresových podmínek.  Současně ale také zasahuje do procesů tzv. programované buněčné smrti (PCD) prostřednictvím ovlivnění tvorby oxidu dusnatého. Vysoké hladiny oxidu dusnatého vyvolaly buněčný stres a zhoršily toleranci kořenů rostlin ke zvýšeným, či dokonce původně „nezávadným“ hladinám železa. Zvláště citlivé byly knock-out mutanty gsnor .

Vědci tak dospěli k závěru, že GSNOR pravděpodobně hraje ústřední roli v metabolismu oxidu dusnatého a kontrolou jeho hladiny ochraňuje aktivitu kořenového meristému.

Tento mechanismus byl pak testován i u jiných druhů rostlin, jako je rýže (Oryza sativa) či štírovník japonský (Lotus japonicus) a prokazatelně ovlivnil i jejich toleranci k železu. Výsledky tedy naznačují, že přítomnost genu GSNOR a jeho aktivita jsou pravděpodobně kritickými faktory regulace stresových mechanizmů u mnoha, ne-li u všech, druhů rostlin.

Jedná se o vůbec první identifikaci takto významného genu a jeho přirozených variant pro toleranci železa. Díky výzkumu se podařilo vědcům objasnit, jak mohou rostliny v takových stresových podmínkách růst, a tedy objevit možnou cestu úpravy plodin pro jejich vyšší odolnost.

Zdroje:
Li,B., Sun,L,Huyang,J., Goschl,Ch., Shi, W.,Chory, J., Busch W.: GSNOR provides plant tolerance to iron toxicity via preventing  iron-dependent nitrosative and oxidative toxicity. https://doi.org/10.1038/s41467-019-11892-5 (zároveň zdroj obrázku)

https://www.salk.edu/news-release/getting-to-the-root-of-how-plants-tolerate-too-much-iron/

Zdroj článku: BIOTRIN