Vědci přepsali učebnice: Fotorespirace není odpad, ale klíč k epigenomu rostlin a jejich adaptaci na klima

Vědci z Helmholtz Munich, Technické univerzity v Mnichově a Heidelberské univerzity přišli s průlomovým objevem, který mění dosavadní chápání rostlinné biologie.

Vědci z Helmholtz Munich, Technické univerzity v Mnichově a Heidelberské univerzity přišli s průlomovým objevem, který mění dosavadní chápání rostlinné biologie. Jejich nejnovější studie ukazují, že fotorespirace, proces, při kterém rostliny na světle uvolňují oxid uhličitý a spotřebovávají kyslík, není pouhým plýtvavým vedlejším produktem fotosyntézy, jak se dosud předpokládalo. Naopak, hraje klíčovou roli v udržování rostlinného epigenomu.

Epigenom je komplexní systém, který řídí, které geny jsou v rostlině zapnuty nebo vypnuty v reakci na vlivy prostředí. Výzkumníci zjistili, že fotorespirace dodává uhlíkové atomy, které jsou nezbytné pro epigenetickou modifikaci DNA rostlin. Konkrétně se jedná o takzvanou DNA methylaci, mechanismus, který umožňuje rostlinám přizpůsobit se svému okolí. Během tohoto procesu se pomocí enzymů připojují malé methylové skupiny ke specifickým stavebním blokům rostlinné DNA, čímž zajišťují, že aktivita určitých genů je utlumena nebo zcela vypnuta. Tyto methylové skupiny vznikají během metabolismu jednoho uhlíku (C1 metabolismu), který je fotorespirací poháněn.

Pro své experimenty vědci využili huseníček rolní (Arabidopsis thaliana), modelový organismus v rostlinné biologii. Zkoumali souvislosti mezi fotorespirací, C1 metabolismem a DNA methylací. Profesor Rüdiger Hell z Heidelberské univerzity a Dr. Markus Wirtz kvantifikovali klíčové metabolity spojené s tímto procesem. Pomocí celogenomových analýz dále zkoumali, jak zvýšené koncentrace oxidu uhličitého (CO2) ovlivňují methylom – soubor všech DNA methylací v rostlinném genomu.

Výsledky ukázaly, že CO2 potlačuje fotorespiraci, a tím i produkci C1 metabolitů. V důsledku toho se methylom huseníčku rolního změnil, zejména pokud byly omezeny i alternativní zdroje C1. Dr. Martin Groth z Helmholtz Munich zdůrazňuje, že fotorespirace je dodavatelem C1 metabolitů a tím důležitým mechanismem v epigenetické kontrole rostlin. Tento výzkum poskytuje lepší pochopení toho, jak rostoucí koncentrace CO2 a environmentální změny mohou ovlivnit regulaci genomu rostlin. Zároveň otevírá dveře k potenciálním novým přístupům pro budoucí strategie optimalizace plodin, které by mohly být odolnější vůči měnícím se podmínkám prostředí.