A “kloroplasztisz zsákmányolás” (chloroplast capture) egyszerre bosszantó és érdekes jelenség. Bosszantó, mert alaposan képes megkavarni a törzsfákat, viszont pont ezért érdekes is.
A plasztiszok, a növényi sejt “napelemei” (hogy kellően leegyszerűsítő és populáris hasonlattal éljek), azok a citoplazmában felfedezhető sejtorganellumok, amelyek a napenergia kémiai energiává alakítását végzik (és nem mellesleg a növények – többnyire – zöld szinét is adják. Mint társ-organellumuk, a mitokondrium, maguk is egy ősi bakteriális szimbiózis leszármazottai, és még máing rendelkeznek bizonyos mennyiségű saját DNS-el, amely számos, a működésükhöz elengedhetetlen fehérjét kódol.
Akárcsak a növényi sejt sejtmagban levő genetikai anyaga, ezek is többynire “vertikálisan” öröklődnek, vagyis szülőről utódra szálnak, de – és ez a történetünk szempontjából igen fontos de – léteznek olyan kivételes esetek, amikor egyes növényfajok minden jel szerint egy másik növényre specifikus kloroplasztiszt hordoznak. A jelenség ritka, de nem annyira, hogy számos példa ne létezzen rá – ami azt sugallja, hogy valami általános és viszonylag rendszeresen ismétlődő mechanizmus bábáskodhat a kialakulásánál,, ugyanakkor mindmáig kevés kíséreletes úton is alátámasztott magyarázat létezett az okokra vonatkozóan.
A “kloroplasztisz zsákmányolás” egyik legjellegzetesebb példája a Nothofagus fajok esete D-Amerikában. Ez a bükkfával rokon, de egyébként örökzöld fafajokat tartalmazó génusz elterjedése a kontinens viszonylag nagy területét fedi le. Az egyes fajok eléggé különböznek egymástól, hogy a genomi DNS alapján adott faj különböző területeken előforduló példányai egy filogenetikai elemzés során egymás mellé kerüljenek, jól elkülönülve a rokon fajoktól (A).
Ugyanakkor a plasztisz DNS alapján létrejövő fa (B) már jelentős eltérésket mutat. Az egyes fajok különböző területeken fellelhető példányai első látásra szinte véletlenszerűen csoportosulnak más fajokkal, és rendszertanász legyen a talpán aki, ebből valamit kisüt.
Ha kicsit figyelmesebben megnézzük az ábrát és összevetjük a mintavételek helyével, akkor azonban érdekes összefüggésre figyelhetünk fel: az azonos területeken élő példányok sorolódnak egy helyre a plasztisz DNS szerint.
Persze adódik a kérdés, hogy mi lehet mindennek az oka? Hosszú ideig az volt az uralkodó nézet, hogy arokon fajok közt kis gyakorisággal de történhet életképes egyedeket létrehozó keresztbeporzás (mint ahogy néha termékeny öszvér is kialakul), ami aztán képes lesz az egyik szülői fajjal kereszteződve átvinni abba a másik szülő plasztiszát.
Ez viszonylag logikusan hangzik, de azt hiszem mindmáig nem sikerült minden kétséget kizáróan bizonyítani.
Viszont pár héttel ezelőtt az Amerikai Tudományos Akadémia lapjában, a PNAS-ben két csoport egyszerre bizonyította, hogy létezhet a kloroplasztiszok lenyúlására egy alternatív magyarázat, a természetes módon is előforduló “oltványok” formájában.
Az oltványozás, mint azzal gondolom mindenki tisztában van, az a folyamat, amikor egy nem rokon faj ágát a fa törzsébe ültetik. Az eljárás akkor sikeres, ha a beültetett fadarab képes a gazda-növény anyagcseréjébe bekapcsolódni, ami értelemszerűen a két faj szöveteinek szoros kooperációját feltételezi.
A két labor egyaránt a dohányt (Nicotiana tabacum) és rokon fajait használta a kísérleteknél (emögött nem kell azonnal a dohánylobbi félelmetes árnyékát felfedezni, egyszerűen arról van szó, hogy a kísérleti munkához jól bejáratott modellről van szó), ahol az egyik fajba fluroeszcensen világító kloroplasztiszokat juttattak be, és figyelték, hogy átkerülhetnek-e ezek az oltványozás után a másik faj sejtjeibe. A rövid válasz az, hogy igen.
Hogy az esetleges plasztid transzfert ki lehesen mutatni, a kutatók olyan növényeket hoztak létre, ahol az egyik fajnak a plasztisza zölden fluoreszcens (GFP) fehérjét kódoló DNS-t tartalmaz és nem mellesleg egy rezisztencia gént is hordoz egy bizonyos antibiotikumra (spectinomycin). A másik faj a citoplazmájában hordoz egy sárgán fluoreszkáló fehérjét (YFP) és a genomjában egy másik antibiotikum (kanamycin) rezisztenciát. Az oltványozás után bizonyos idő elteltével az oltványozás helyén levő szövetet izolálták és kettős antibiotikum szelekciónak vetették alá.
Alapesetben egyik növény sejtjei sem bírnák ezt a közeget, hiszen mindegyik csak az egyik antibiotikumra rezisztens. De ha avalóban bekövetkezik az oltványozás következtében plasztisz-transzfer, akkor olyan sejtek kell létrejöjjenek, ahol mindkét antibiotikum-rezisztencia gént tartalmazzák. És valóban léteztek ilyen sejtek, amelyek az elvárásoknak megfelelően egyszersmind mindkét fluoreszcens fehréjét is tartalmazták.
Azaz a két szövet találkozásánal az egyes sejtek közt olyan citoplazmatikus kapcsolatok jönnek létre, amelyek lehetővé teszik, hogy egész sejtorganellumok átjussanak a szomszédos sejtekbe. (S mivel az oltványozáshoz hasonló jelenség a természetben is előfordul, ahol két, szorosan egymás mellett növekvő egyed szövetei gyakran szorosan egymáshoz tapadnak, mindez minden bizonnyal nem csak laboratóriumi kuriózum lehet.) Ha teszem azt valami szelekciós körülmény, vagy egy evolúciós véletlen lehetővé teszi, ennek a hosszútávú következménye az lesz, hogy az egyik faj kloroplasztiszai kiszorítják a másik fajét, előbb csak egy egyedben, majd, ha úgy adódik, az egész populációban.
Vagyis az ezidőtájt a kertekben szorgoskodó amatőr “Bálint gazdák” világszerte épp nagyfokú kloroplasztisz zsákmányolás alapjait fektetik le. És minnél távolabbi rokon fajokat oltványoznak, annál inkább egzotikus hibrid sejtek jöbbek létre. Figyelembe véve, hogy a plasztiszok folyamatosan bombázzák saját genetikai anyagukkal a sejtmagi DNS-t, talán jobb ha erről nem is szólunk mélyzöld barátainknak. Még végül “Frankenfood” tábláikkal beterítik a határt, és még ezt a jól bevált, évszázados multú kertészeti módszert is betiltatják.
Acosta MC, Premoli AC (2012) Evidence of chloroplast capture in South American Nothofagus (subgenus Nothofagus, Nothofagaceae). Mol Phylogenet Evol 54(1): 235-42.
Stegemann S, Keuthe M, Greiner S, Bock R (2012) Horizontal transfer of chloroplast genomes between plant species. PNAS 109(7):2434-8.
Thyssen G, Svab Z, Maliga P (2012) Cell-to-cell movement of plastids in plants. PNAS 109(7): 2439-43.
Van arra valamilyen esély, hogy az idegen kloroplasztiszok az ivarsejtekbe is eljussanak? Ez gondolom az jelentené, hogy az ilyen petesejtből kialakuló növény testi sejtjeiben kétféle kloroplastisz van. Volt ilyen megfigyelés? Esetleg mitokondriummal kapcsolatban?
Na pont emiatt nem kellene erőltetni ezt a fajta rendszerezést! Ez érvényes a DNS szekvencia hibridizációkra (ld. madaraknál Alquist, Moroe&Sibley)), az mtDNS-re , stb. Na persze, szenzációnak tűnő publikációkra és karrier építésre kiválóan beválnak, utána meg senkitől sem vették el a “babérkoszorut”, miután bebizonyosodott, hogy nem éppen úgy történnek a dolgok!