Preludium. Ślady pamięci w sieci rośliny klonalnej: efekty epigenetycznej zmienności w adaptacji roślin do suszy i patogena. 2023/49/N/NZ8/00795

Rośliny klonalne tworzą sieci podziemne i nadziemne istniejące tysiące lat. Gdzie można spotkać te niezwykłe sieci? Wszędzie wokół nas. To truskawka w naszym ogródku, poziomka w lesie, koniczyna na trawniku, skrzyp na polu, ostrożeń na łące, turzyca na plaży i widłak w lesie oraz wiele innych… Wszystkie te organizmy, należą do różnych grup taksonomicznych, ale mają podobny plan budowy architektury ciała, który zapewnia im sukces trwania – SIEĆ. Sieć rośliny klonalnej zbudowana jest z dwóch rodzajów jednostek, nazywanych rametami. Rameta podstawowa, tzw. roślina matczyna (ang. mother plant), powstaje w wyniku rozmnażania płciowego z jednej zygoty. Roślina matczyna w wyniku wzrostu wegetatywnego (ten proces nazywa się często rozmnażaniem bezpłciowym) wytwarza drugi rodzaj jednostek – tzw. ramet siostrzanych (ang. daughter plants). Sieć zbudowana z ramet siostrzanych, połączonych z rametą matczyną, nazywana jest w ekologii klonem. Ramety połączone są za pomocą kłaczy lub rozłogów. Te organy podziemne i nadziemne to specyficzne „kable informatyczne”, które scalają nie tylko elementy budowy sieci, ale dzięki nim przepływają zasoby, sygnały, a także mikrobiom między rametami. W grupie roślin klonalnych spotykamy osobniki największe (Populus tremuloides „Pando”), najstarsze (Lomatia tasmanica) oraz wyjątkowo ekspansywne i inwazyjne (Eichhornia crassipes). Ich życie przez setki, a nawet tysiące lat i ciągłe rozprzestrzenianie się, jest możliwe dzięki optymalnemu poborowi zasobów i dzieleniu się nimi w obrębie sieci. To proces fizjologiczny, częściowo tłumaczący ewolucyjne sukcesy roślin klonalnych.

W tym projekcie sprawdzam istnienie innego procesu, indukowanego przez środowisko, który może zwiększać plastyczność ramet w sieci i w efekcie umożliwić im szybkie dostosowanie się do warunków środowiskowych bez zmian w genotypie. To proces epigenetyczny, dobrze rozpoznany u roślin rozmnażających się płciowo. Jego działanie doprowadza do zmian w DNA, na przykład do metylacji zasad. Te zmiany mogą być przemijające, ale mogą także być stabilne, zapamiętywane w roślinie i przekazywane następnym pokoleniom. Jeśli tak, to ramety siostrzane mogą otrzymać pamięć o stresie jaka powstała u ramety matczynej. Epigenetyczna zmienność bowiem, umożliwia przechowywanie informacji o interakcji ze środowiskiem rośliny matecznej i następnie jej transmisję do kolejnych pokoleń – ramet sisotrzanych. Stąd w projekcie zaplanowano eksperymenty, nie tylko w celu wykrycia zmian epigenetycznych w roślinie matecznej poddanej stresowi suszy i działania patogena grzybowego, ale przede wszystkim sprawdzenie jak radzi sobie potomstwo w środowisku ze zmianą epigenetyczną otrzymaną od ramety matczynej.

Dlaczego te badania są ważne? Po pierwsze, uzyskane wyniki pomogą w ekologii zrozumieć strategie życia roślin klonalnych i wykorzystać wiedzę o nich do przygotowania odporniejszych na patogeny roślin uprawnych. Jest to szczególnie ważne w ANTROPOCENIE, w końcu to właśnie rośliny klonalne „znalazły” sposób na długowieczność, życie w siedliskach z różnym rozkładem zasobów i komunikację do obrony przed roślinożercami i patogenami. Rośliny klonalne to zatem baza danych, w których jest ewolucyjny zapis na trwanie nie tylko „tu i teraz”.