Olomoučtí biofyzici se postarali o převrat v poznání fotosyntézy smrku a příbuzných rostlin

Vědci z olomouckého Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum (CRH) dospěli k nečekanému objevu, který boří zažitou představu o fotosyntéze smrku a jemu příbuzných rostlin a vnáší světlo do problematiky jejich evoluce. Při řešení zcela jiného výzkumného projektu badatelé zjistili, že fotosyntetický aparát smrku se výrazně liší od fotosyntetického aparátu ostatních suchozemských rostlin. Postrádá totiž dva klíčové světlosběrné proteiny, které chybí například i vývojově mnohem jednodušším zeleným řasám. Nečekané zjištění publikoval významný vědecký časopis New Phytologist.

„Odlišnost fotosyntetického aparátu smrku spočívá v absenci světlosběrných proteinů Lhcb3 a Lhcb6. Ty spolu s dalšími proteiny tvoří světlosběrné antény, jimiž je absorbováno světlo, které následně rostlina využívá pro fotochemické reakce. Dosud se mělo za to, že tyto dva proteiny mají všechny suchozemské rostliny. Bývají dokonce považovány za jakýsi marker, tedy součást charakteristiky suchozemských rostlin. Vyvinuly se při přechodu fotosyntetických organismů z vody na souš. Dle současné představy hrály klíčovou roli při adaptaci rostlin na suchozemské podmínky, které jsou v porovnání s vodním prostředím méně stabilní,“ objasnil převratnost zjištění hlavní autor výzkumu Roman Kouřil.

Podle vědců se nabízí otázka, proč se smrk v průběhu evoluce obou proteinů „vzdal“ a proč se jeho fotosyntetický aparát podobá zeleným řasám, které v takzvaném evolučním stromu figurují výrazně níže. Olomoučtí výzkumníci navíc genetickou analýzou přišli na to, že absence obou proteinů se netýká jen smrku, ale i dalších zástupců z čeledi borovicovitých (Pinaceae) a rovněž řádu liánovcotvarých (Gnetales).

„V průběhu evoluce suchozemských rostlin se v období zhruba před 250 miliony let odehrála na Zemi dosud největší přírodní katastrofa, takzvaný Great Dying, v jejímž důsledku vyhynulo více než 70 procent všech suchozemských organismů a změnily se podmínky života na planetě. Následné klimatické změny vedly k vývoji nových rostlinných druhů, které patří mezi borovicovité a liánovcotvaré. Ty „přišly“ o již zmíněné proteiny a tím se, co se světlosběrného aparátu týče, dostaly na úroveň zelených řas,“ uvedl další z autorů a vedoucí oddělení biofyziky CRH Petr Ilík.

Podle něj lze jen spekulovat, který faktor prostředí k evoluci těchto rostlin vedl. Nabízí se však hypotéza, že rostliny musely čelit vysoké intenzitě světla. „Bylo totiž zjištěno, že oba proteiny za určitých podmínek dostatečně nevytvářejí ani zelené kvetoucí rostliny. A to právě tehdy, když jsou po delší dobu vystaveny vyšší intenzitě světla,“ nabízí spojitost Ilík. 

Na převratnou novinku vědci narazili při studiu jiné vlastnosti smrku, takzvaného nefotochemického zhášení. Jedná se o schopnost rostliny zbavit se za určitých okolností nadbytečného absorbovaného světla, které nedokáže zužitkovat ve fotochemických reakcích a mohlo by ji poškodit. Předběžné výsledky naznačují, že tento mechanismus u smrku funguje jinak než u ostatních rostlin. Vědci se nyní hodlají zabývat i tím, zda obě tyto unikátní vlastnosti smrku spolu nesouvisejí.

„Budou následovat další studie, nastolenými tématy se chceme dále zabývat. Mimo jiné bychom rádi objasnili fyziologický dopad absence proteinů Lhcb3 a Lhcb6, tedy jakou to má pro smrk výhodu. V evoluci totiž platí, že se uplatní jen to, co je prospěšné,“ doplnil Kouřil.

Centrum regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum (CRH) je společným pracovištěm Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého a olomouckých pracovišť Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR a Výzkumného ústavu rostlinné výroby.