Fény derült a kiszáradást tűrő növények titkaira

A Haberle-virág (Haberlea rhodopensis) egy Balkánon őshonos harmadidőszaki maradványnövény, amely, mintegy 200 növénytársával együtt képes túlélni a szinte teljes kiszáradást hónapokon vagy akár éveken át, majd később, ha vizet kap, újra feléled és folytatja normális életét. A kiszáradás tűrésének vizsgálata a klímaváltozás miatt igencsak időszerű, hisz a megváltozó csapadékviszonyok, felboruló időjárási struktúrák a termesztett növényeinket elpusztítják, azonban a száradástűrés folyamatának megismerése elvezethet a tápláléknövények szárazságtűrővé tételéhez is. E céllal született meg a Scientific Reports-ban közzétett kutatás is.

A legtöbb növény nem éli túl, ha teljes vízmennyisége 40-70%-át elveszíti, a Haberle-virág azonban akkor is életben marad, ha 90%-kal csökken a víztartalma. A vízvesztés anatómiai, sejtszerkezeti és biokémiai változások sokaságával jár a növényekben, és víz nélkül a növény nem képes fenntartani az alapvető életfunkcióihoz szükséges sejtközi szállítást sem. Számtalan szárazságtűrő növény ezt a problémát úgy oldja meg, hogy szöveteiben nagy mennyiségű vizet képes tárolni, azonban a Haberle-virág egészen más stratégiával védekezik.

Ma már számos kifinomult mérési és vizsgálati technológia létezik, amelyekkel élő szövetek változásai követhetővé váltak, egy egészen új módszer, a látható és infravörös-közeli spektroszkópia alapú AquaPhotomics nevű mérési eljárás a különböző (szerves) anyagok víztartalmát és a vízmolekulák szerkezeti elrendeződését képes kimutatni. Az eljárást a japán Kobei Egyetem fejlesztette ki, és most ők álltak elő a Haberle-virág vizsgálati eredményével is.

A vízmolekulák hidrogénkötéseinek változásaiban mutatkozik meg a növény élettani reakciója a vízhiányra, illetve a víz körforgásának változásaira (valamint számos más stresszt okozó hatásra is), a mérésekkel láthatóvá válik, milyen folyamatok játszódnak le a növényben például hideg, vagy kiszáradás hatására.

Az Aquaphotomics nevű eljárással a levelek víztartalmát mérik

Forrás: Scientific Reports

A vizsgálatokban a Haberle-virág egy rokonát, a szárazságot nem toleráló Deinostigma eberhardtii reakcióit is vizsgálták, és a két növényfaj összehasonlításából derült ki, mi a szárazságtűrés titka. A Haberle-virág a megtartott vízben azok különböző molekulamennyiségből álló csoportjait eredeti arányukban őrizte meg, vagyis ugyanannyi dimer (2), trimer (3) vagy több egybekapcsolódott vízmolekulából álló elegy volt a növényben száradt állapotban is, mint nedvesen. A kontroll növény-rokon ugyanekkor összevissza fluktuáló molekularendszerű vízzel rendelkezett, semmilyen elrendezést nem mutatott benne a víz szerkezete.

A Haberle-virág a száradási folyamat során a szabad (magányos) vízmolekulák számát drasztikusan csökkentette, ezek azok, amelyek a legfontosabbak a növény anyagcsere-folyamataiban. A szabad vízmolekulák hiányában az anyagcsere leállt, a növény „hibernált” állapotba került. Míg a jól hidratált növényekben a szabad vízmolekulák aránya egységesen 57-58% körül mozgott, a Haberle-virágban ez a maximális kiszáradáskor 13%-ra csökkent, a rokon D. eberhardtii-ban viszont 52% volt. A kontroll rokon virágban nem álltak le az anyagcsere-folyamatok, viszont a víz mennyiségi hiányában nem volt képes a növény védekezni a stresszhatások ellen.

A Haberle-virág spektrumának részletesebb, nem csak a vízre kiterjedő elemzéséből kiviláglott, hogy a növényben a cukrok, fehérjék, aldehidek, ribozidok, és különféle metilált összetevők arányai is változtak a kiszáradás során, ezekről közismert, hogy a kiszáradást tűrő növényfajok védelmi rendszerének alapjai. A növényben az egyes cukrok például a sejtfalakat védik az oxidatív stressztől, és e cukrok növekvő koncentrációja is hozzájárul a virág életben maradásához, más cukrok pedig a sejtfolyadékok üvegszerűvé válásában játszanak szerepet. A cukrok mennyiségének változása a vízmolekulákban látott hidrogénkötések számával arányos volt, így feltehetően a cukroknak szerepük lehet abban, ahogy a növény átalakítja a vízmolekuláinak rendszerét a kiszáradás során.

A Gesneriaceae családjába tartozó Haberlea rhodopensis magyar vonatkozású növény, Fridvalszky Imre azonosította egy balkáni botanikai expedíció során a Rodope-hegységben begyűjtött példányt, a növényt pedig Haberle Károly botanikus tiszteletére nevezte el. A növény szárazságtűrését jelenleg az ELTE növénybiológusai is vizsgálják.

Forrás: Égen-Földön-Föld alatt