Nový pohled na původ symbiózy rostlin a hlízkových bakterií

23.9.2024 | Lýdie Jakubová

V průběhu evoluce docházelo nejen k vývoji jedince, ale také k formování a upevňování komplexních vztahů mezi různými druhy. Jedním z nejpozoruhodnějších příkladů je symbióza rostlin s hlízkovými bakteriemi. Tyto bakterie umějí přeměňovat vzdušný dusík na formu, kterou rostliny mohou využívat pro svůj růst. Za běžných podmínek v půdě je ovšem tato přeměna energeticky náročná, jinak řečeno pomalá, což často vede k nedostatku dostupného dusíku. Některé rostliny, zejména luštěniny, si proto začaly pěstovat vlastní dusík-fixující bakterie uvnitř specializovaných útvarů na kořenech, tzv. hlízek, kde mají bakterie ideální podmínky pro růst i pro fixaci vzdušného dusíku. 

Vědci se dlouho zabývají myšlenkou vytvořit tento vztah uměle i u dalších zemědělsky významných rostlin, což by mohlo značně snížit spotřebu dusíkatých hnojiv. K tomu je však potřeba nejprve plně porozumět mechanismům vzniku této spolupráce. 

Otázkami, jak a kdy tato symbióza vznikla, se zabývají také vědci z Misssissippi State University. Geny aktivované při tvorbě hlízek jsou si napříč druhy z různých čeledí tak podobné, že je nepravděpodobné, aby se tato vlastnost vyvinula nezávisle a opakovaně. Proto se dlouho předpokládalo, že symbióza byla výsledkem jedné evoluční události, která později u některých druhů zanikla. 

Ryan A. Folk a jeho tým však jako první experimentálně podpořili efektivnější scénář. Na základě analýzy dat z 13 000 druhů a statistického modelování predikovali dvoukrokový proces, kde rostliny nejprve získaly predispozici pro symbiózu a teprve poté u nich vznikla schopnost navázat tento vztah, což mohlo proběhnout několikrát nezávisle na sobě. Tento scénář, na rozdíl od předchozí teorie, lépe vysvětluje evoluci této skupiny rostlin. 

Pro vědce to však znamená, že vyšlechtění nových rostlin schopných symbiózy s dusík-fixujícími bakteriemi bude složitější, než se předpokládalo. Na druhou stranu několikanásobný vznik symbiózy otevírá dveře k využití širšího spektra genetických variant, což by mohlo při šlechtění přinést nové možnosti.

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Obr.: Diagram různých hypotéz o původu evoluce symbiózy: hypotéza jediného původu (vlevo) a dvoukroková hypotéza (vpravo). Rodové linie, o kterých se předpokládá, že mají predispozici, jsou značeny modře; linie, o nichž se předpokládá, že mají szmbiózu, jsou červeně; linie, o nichž se předpokládá, že nemají ani jednu, jsou černě. Protože stav predispozice u existujících druhů se teprve ukáže, jsou v bílé barvě. Převzato z https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9200091/.

 

Zdroje: