Nem mindegy, hogy gyökeréről vagy száráról szaporítjuk a növényt

A többsejtű élőlények sejtjeinek azonos a genetikai állománya, működésük viszont a szövetféleségtől függően nagyon eltérő lehet. Hogyan oldja meg szervezetünk, hogy egyetlen genetikai állomány különféle sejteket tud létrehozni, amely sejtek azt követően megtartják típusukat (hámsejtből hámsejt lesz, májsejtből májsejt). Ennek az alapja az epigenetika, azaz a DNS szerkezetét – de a szekvenciáját nem – megváltoztató módosulások, amelyek ki és bekapcsolnak bizonyos géneket. Lényegében a májsejtséget okozó gének be vannak kapcsolva, míg az idegsejtekre jellemző gének pedig ki vannak kapcsolva. Az epigenetikai mintázat minden sejttípusra specifikusan jellemző.

Ezek az epigenetikai jelek egyes esetekben nemcsak adott szövettípusban, de generációról generációra is öröklődhetnek. Emberben és állatokban nem túl gyakori a jelenség, de például emberben a traumák hatása öröklődhet így. Növényekben viszont úgy tűnik, az epigenetikai mintázat sokkal inkább örökölhető generációk között is. A szélesebb körben ismert ilyen öröklődő epimutáció a közönséges gyújtoványfű "szörny" megjelenésű virágai. Ennek epimutációs voltára persze csak nemrég jöttek rá, örökölhetősége viszont régóta ismert.

A közönséges gyújtoványfű normális (balra) és szörny (jobbra) fenotípusú virágai. A virágforma elváltozását egy epimutáció okozza, ami hosszú generációkon keresztül stabilan továbbadódik. Linné még külön fajkén írta le őket.

Egyre többet tudunk a növényekben örökölhető epigenetikai változásokról. Megdöbbentő módon úgy öröklődnek, mint a mendeli genetikai tulajdonságok. Ugyanazon módszerekkel vizsgálhatóak és jellemezhetőek, mint a bázissorrendet érintő genetikai variánsok.

Lúdfű (Arabidopsis thaliana)

A lúdfű (Arabidopsis thaliana) egy gyomnövény, mégis a növények közül róla tudunk a legtöbbet, mert a növénybiológusok modell szervezete. Pusztán epigenetikai jeleikben különböző, beltenyésztett vonalak (tehát genetikailag azonos növények) megjelenésükben is eltérhetnek. Az elsődleges gyökér hossza vagy a virágzás ideje stabilan öröklődő, több "génes" tulajdonságként öröklődik (Cortijo et al. 2014), tényleges genetikai különbség nélkül. Egy másik tanulmányban (Kooke et al. 2015) megmutatták, hogy csak epigenetikai mintázatukban különböző növények levélfelülete ötszörös különbséget mutatott, a virágzás idejében akár két hét eltérés is lehetett, a növények magassága akár kétszeres is lehetett és egyesek alig ágaztak el, míg másokon sok elágazás található. Egyes epigenetikai mintázatok akár nyolc generáción át is stabilan átadódnak (Johannes et al. 2009).

A morfológiai különbségek örökölhetőek voltak, majdnem olyan biztosan, mint a genetikai különbségekből eredőek.

A növények abban is eltérnek az állatoktól, hogy a növényi sejtek sokkal inkább megtartják azt a képességüket, hogy más sejttípusba átalakuljanak. Egy növényt lehet például a gyökerének egy kis részéből újranöveszteni, de egy rovart nem lehet a lábából újraalkotni.

A gyökérnek vagy a szárnak viszont van egy sajátos epigenetikai mintázata. Más lesz-e a növény, ha  szárból vagy ha gyökérből növesztjük újra?

A szár és a gyökér között 2424 gén tekintetében markánsan más az epigenetikai mintázat és a kifejeződés szintje. Egy lúdfű leveléből és gyökeréből vett szövetrészből egy teljes növényt növesztettek, majd ezen növények saját magukat beporozva újabb generációkat hoztak létre. Három generáció múlva megnézték, hogy egy szerzett tulajdonság – itt, hogy miből lett regenerálva az adott növény – befolyásolja-e a következő generációkat.

A kísérlet vázlata. A teljes fiatal növény leveléből és gyökeréből új növényt növesztettek (G₀). Ezt három generáción keresztül szexuálisan szaporították önmagával (G₁-G₃). Ezt követően mérték a leszármazási vonalak közötti különbséget.

Külsőre a növények nem különböznek egymástól, de működésükben igen. A gyökéreredetű (GYE) és a levéleredetű (LE) növények gyökereiben között csak 13 olyan gént találtak, amelyek más mértékben fejeződtek ki, viszont a levelekben 239 gén kifejeződése más. Ezen gének egy jelentős része a stresszválaszokban vesz részt, különösen a baktériumok elleni védekezésben és a baktériumflóra szabályozásában.

A gyökéreredetű növények baktériumflórája eltért a levéleredetű és a természetes módon felnevelt növények baktériumflórájától. Egyes kórokozókra a GYE növények érzékenyebbek voltak. Ezen érzékenységük több generáción keresztül megmaradt.


Tehát nem mindegy, hogy mely szervéről szaporítjuk a növényeket. A kihatással lehet az életükre. Egyben hozzájárulhat az alkalmazkodóképességükhöz is.

Hivatkozott irodalom

• Cortijo, S., Wardenaar, R., Colomé-Tatché, M., Gilly, A., Etcheverry, M., Labadie, K., Caillieux, E., Hospital, F., Aury, J.-M., Wincker, P., Roudier, F., Jansen, R. C., Colot, V. és Johannes, F. 2014. Mapping the epigenetic basis of complex traits. Science 343(6175): 1145–1148
• Kooke, R., Johannes, F., Wardenaar, R., Becker, F., Etcheverry, M., Colot, V., Vreugdenhil, D. és Keurentjes, J. J. B. 2015. Epigenetic basis of morphological variation and phenotypic plasticity in Arabidopsis thaliana. The Plant Cell 27(2): 337–348
• Johannes, F., Porcher, E., Teixeira, F. K., Saliba-Colombani, V., Simon, M., Agier, N., Bulski, A., Albuisson, J., Heredia, F., Audigier, P., Bouchez, D., Dillmann, C., Guerche, P., Hospital, F. és Colot, V. 2009. Assessing the impact of transgenerational epigenetic variation on complex traits. PLoS Genetics 5(6): e1000530
• Widman, N., Feng, S., Jacobsen, S. E. és Pellegrini, M. 2014. Epigenetic differences between shoots and roots in Arabidopsis reveals tissue-specific regulation. Epigenetics 9(2): 236–242
• Wibowo, A., Becker, C., Durr, J., Price, J., Spaepen, S., Hilton, S., Putra, H., Papareddy, R., Saintain, Q., Harvey, S., Bending, G. D., Schulze-Lefert, P., Weigel, D. és Gutierrez-Marcos, J. 2018. Partial maintenance of organ-specific epigenetic marks during plant asexual reproduction leads to heritable phenotypic variation. Proceedings of the National Academy of Sciences 115(39): E9145–E9152