Epigenetická paměť pomáhá rostlinám reagovat na proměnlivé podmínky prostředí. Náš výzkum ukázal, že přírodně indukovaná epigenetická variabilita je dědičná a výrazně ovlivňuje aktivitu genů odpovědných za zvládání (a)biotických stresů. Také umožňuje klonálním rostlinám předvídat změny prostředí a zlepšuje jejich přežití při opakovaném suchu.
Doplňující obrazová tabule k tématu, jak prostředí formuje dědičné informace (na příkladu jahodníku obecného), je ke stažení jako příloha ve formátu PDF pod obrazovou galerií.
K dalšímu čtení v Živě
Evoluční potenciál epigenetické variability (2014, 6)
Použitá literatura
GONZÁLEZ, Alejandra Pilar Rendina, et al. Stress‐induced memory alters growth of clonal offspring of white clover (Trifolium repens). American Journal of Botany, 2016, 103.9: 1567-1574.
GONZÁLEZ, Alejandra Pilar Rendina, et al. The role of transgenerational effects in adaptation of clonal offspring of white clover (Trifolium repens) to drought and herbivory. Evolutionary Ecology, 2017, 31: 345-361.
GONZÁLEZ, Alejandra Pilar Rendina, et al. Transgenerational effects and epigenetic memory in the clonal plant Trifolium repens. Frontiers in Plant Science, 2018, 9: 1677.
LATZEL, Vít; MÜNZBERGOVÁ, Zuzana. Anticipatory behavior of the clonal plant Fragaria vesca. Frontiers in Plant Science, 2018, 9: 1847.
SAMMARCO, Iris, et al. DNA methylation in the wild: epigenetic transgenerational inheritance can mediate adaptation in clones of wild strawberry (Fragaria vesca). New Phytologist, 2024, 241.4: 1621-1635.
Epigenetic memory helps plants respond to changing environmental conditions. Our research revealed that environmentally induced epigenetic variability is heritable and significantly affects the activity of the genes involved in coping with (a)biotic stresses. It also enables clonal plants to anticipate environmental changes and improves their survival under recurrent drought conditions.
-
Experiment s jetelem plazivým (Trifolium repens). Klonální potomek jetele po přesazení do vlhkostně optimálních podmínek. Foto V. Latzel
-
Experiment s jetelem plazivým (Trifolium repens). Klonální potomek jetele po zhruba dvou měsících nerušeného růstu od přesazení. Foto V. Latzel
-
Dva geneticky identičtí potomci jetele plazivého po dvou měsících růstu ve stejných podmínkách. Rozdílný růst je způsoben mezigenerační pamětí – mateřská rostlina pomalu rostoucího jedince (vlevo) zažívala periody silného sucha, zatímco mateřská rostlina druhého potomka nikdy sucho nezažila (vpravo). Foto V. Latzel
-
Ukázka rozmístění živin v písku a jejich zastínění při založení pokusu (vlevo a jahodník obecný (Fragaria vesca) v těchto podmínkách krátce před ukončením pokusu (vpravo). Foto V. Latzel
-
Experimenty v přírodě jsou pro vědce často výzvou, protože mnoho faktorů nemohou ovlivnit a jejich snažení se tak může komplikovat. Právě terénní výzkum však otevírá pohled na skutečný kontext studovaných jevů a přináší hlubší pochopení přírody. Když se k vědeckému bádání přidá ještě kouzlo krásné scenerie, stává se práce čirou radostí. V italských horách jsme označili a opakovaně navštěvovali vybrané rostliny jahodníku, jejichž polohu jsme identifikovali detektorem kovů díky malému kovovému drátku upevněnému u každé z nich. Na obr. jedna z mnoha mateřských rostlin přírodních populací. Foto V. Latzel
-
Experimenty v přírodě jsou pro vědce často výzvou, protože mnoho faktorů nemohou ovlivnit a jejich snažení se tak může komplikovat. Právě terénní výzkum však otevírá pohled na skutečný kontext studovaných jevů a přináší hlubší pochopení přírody. Když se k vědeckému bádání přidá ještě kouzlo krásné scenerie, stává se práce čirou radostí. V italských horách jsme označili a opakovaně navštěvovali vybrané rostliny jahodníku, jejichž polohu jsme identifikovali detektorem kovů díky malému kovovému drátku upevněnému u každé z nich. Náhodně vybraní jedinci byli označeni a opakovaně měřeni v původních podmínkách. Následně jsme je vyjmuli a přemístili do standardizovaných podmínek pokusné zahrady, kde jsme rostliny nechali klonálně množit. Jejich potomky jsme opětovně měřili a analyzovali jejich (epi)genom (totéž jsme provedli s rostlinami z populací z Čech a Norska). Díky tomu jsme byli schopni zjistit epigenetickou variabilitu vyvolanou lokálními podmínkami prostředí (přírodního versus zahradního) a zjistit, do jaké míry se tyto epigenetické změny dědí – tedy jak si rostliny uchovávají „vzpomínky“ na svůj původní domov. Foto V. Latzel
-
Typické prostředí horských populací jahodníku obecného v Jižním Tyrolsku poblíž Bolzana, kde se vyskytují populace i v nadmořské výšce přesahující 2 000 m. Foto V. Latzel
-
Změny v metylaci DNA a jejich genetické souvislosti. Počet odlišně metylovaných oblastí DNA (cis-, trans-, predikovaných klimatem a nevysvětlených), které se překrývají s promotory (spouštěcími místy genové aktivity), těly genů (gene body) nebo transpozonovými elementy (TE, pohyblivými úseky DNA). Vzorky pocházejí z přírodních populací a jejich potomků, analyzovaných po roce pěstování v kontrolovaném prostředí experimentální zahrady. Klíčové jsou oblasti označené zelenými sloupci, které představují epigenetickou regulaci řízenou přírodními podmínkami. Není překvapivé, že u rodičů hrají přírodní podmínky významnou roli v určitém kontextu DNA (vlevo). Zajímavým zjištěním je, že část této regulace se přenáší také na potomky (vpravo). A co víc – tyto změny přetrvávají právě v oblasti promotorů genů, což naznačuje, že mohou mít vliv na dědičnou regulaci genové aktivity napříč generacemi. Tyto geny se týkaly hlavně růstu rostlin, reakcí na patogeny a abiotické stresy. Za pozornost rovněž stojí silný vliv klimatické regulace na transpozony, což naznačuje, že jejich ekologická funkce může být závislá na podmínkách vnějšího prostředí. Orig. I. Sammarco
