Míg az ember diploid, azaz két kromoszómakészlete van – mindkét szülőtől egy-egy –, ez nem minden fajnál van így, különösen a növényeknél.

„Az eper például nyolc kromoszómakészlettel rendelkezik” – mondja Yves Van de Peer, a belgiumi Genti Egyetem növénybiológusa.

Ez a jelenség a poliploidia, amikor egy élőlény minden sejtjében kettőnél több kromoszómakészlet található – más szóval egy teljes genomduplikáció. Úgy tűnik, ez lehetővé teszi egyes növényfajok számára, hogy túléljék a szélsőséges környezeti stressz időszakait, például az éghajlatváltozást.

A biológusok számára nem volt nyilvánvaló, hogy a poliploidia feltétlenül jó dolog. A konszenzus szerint a poliploidia befolyásolhatja egy faj túlélését, és idővel a kihalásához vezethet. Mégis, ma már elég gyakori, különösen a növényeknél. Ezt nevezi Van de Peer poliploidia paradoxonnak:

Miért lenne annyi növény olyan tulajdonsággal, amely evolúciósan gyengébbé teszi őket?

A Cell folyóiratban megjelent új munkájukban Van de Peer és kollégái megoldást kínálnak a rejtélyre. 25 éven át kutatták több száz növényfaj ősi genomduplikációs eseményeit, és azt találták, hogy ezek az elmúlt 150 millió év zűrzavaros időszakaiban – drámai lehűlés, felmelegedés vagy széles körű kihalás idején – történtek, tehát a poliploidia segíthet a fajoknak túlélni az ilyen felfordulásokat.

Van de Peer szerint a poliploidia egy nagyléptékű mutációs esemény „Időnként létrejön egy olyan új sejt, amely kétszer annyi DNS-t tartalmaz, mint egy normál növényi sejt.”

Mi okozza az ellentmondást?

Ez eddig egyszerűen hangzik, de a genom ezen teljes megkettőződésének megvannak a maga hátrányai. A több kromoszóma lelassíthatja a sejtosztódást, ami több lehetőséget teremt a hibákra és mutációkra. Ez pedig oda vezethet, hogy más – kisebb genetikai terheléssel rendelkező – növények felülmúlják őket a versenyben, ami a poliploid növény kihalásához vezet.

Ezért vész el idővel a legtöbb genomduplikáció. Van de Peer és kollégái meg akarták érteni, mi magyarázza mégis a poliploidia mai bőségét és a régmúltban tapasztalt látszólagos relatív ritkaságát.

Első lépésként összegyűjtötték mind a 470 virágos növény (vadon élő fajok és mezőgazdasági növények a világ minden tájáról) genomját, amelyeket szekvenáltak. A kutatócsoport átfésülte a növények DNS-ét ismétlődő gének sorozatai után kutatva, réges-régen történt teljes genomduplikációs eseményekre utaló bizonyítékokat keresve.

A kutatók a fosszilis leleteket használták fel annak rögzítésére, hogy a különböző növények mikor fejlődtek ki először, és meghatározzák, mikor történtek az egyes duplikációs események.

Van de Peerék egyértelműnek találták az eredményeket: „Ezek a teljes genomduplikációk nem véletlenszerűen fordulnak elő. Időben csoportosulnak.”

A duplikációk nagyrészt az elmúlt 150 millió év környezetváltozásaikor – például fontos lehűlési vagy felmelegedési időszakokban – csoportosultak.

Talán a legdrámaibb csoportos genomduplikáció, ami 66 millió éve történt, amikor egy aszteroida ütközött a Földdel, a dinoszauruszok és a növényfajok több mint felének a kihalását okozva, ám úgy tűnik, a poliploid növények közül sok a túlélők közt volt.

Minden hátrányuk ellenére a poliploid növények valójában kiválóan túlélik a környezeti stresszt, mint a hőmérséklet vagy a fényviszonyok hosszan tartó változása.

„Jobb lehet a fotoszintézisük, mivel több génjük van ahhoz, hogy befogják azt a kevés megmaradt fényt – magyarázza a kutató. – Így előnyben vannak sok más növénnyel szemben, ahol nem volt teljes genomduplikáció, és mind kihaltak.”

A poliploidia kicsit olyan, mint egy biztosítási: az esetek többségében a plusz kromoszómakészlettel rendelkező növények elsorvadnak, de a ritka, szélsőséges időknek ők a túlélői. A leszármazottaik gyakran elveszítik a plusz kromoszómapéldányokat, de a DNS-ükben megőrzik az ősi duplikációs esemény nyomait, amely segített a leszármazási vonaluk fennmaradásában.

Sandra Pitta, az Argentin Nemzeti Tudományos és Műszaki Kutatási Tanács (CONICET) növényi biotechnológusa, aki nem vett részt a tanulmányban, reménykeltőnek nevezte a „rendkívül szigorú” kutatást, mégpedig azért, mert a bolygónk éghajlata ismét változik.

(Forrás: NPR, fotó: Unsplash)