Genetický výzkum umožní opustit samičí rostliny
Topol je pro velkoměsta nepostradatelná rostlina: je nenáročný, snadno se množí, rychle roste, účinně čistí vzduch a díky velkému povrchu listů uvolňuje kyslík několikrát více než jiné stromy, které zelenají města středního Ruska. Topol má však vážnou nevýhodu: vzrostlé stromy produkují chmýří, což představuje nebezpečí požáru, ucpává odtoky a ventilační systémy a shromažďuje a přenáší pyl a prach – alergeny.
Ukončete režim celé obrazovky
Rozbalte na celou obrazovku
Samčí (nahoře) a samičí (dole) generativní orgány (jehnědy) topolu
Foto: RIA Novosti
Topol je dvoudomá rostlina: na některých stromech se tvoří pouze samičí generativní orgány, na jiných pouze samčí. Zatímco u zvířat je toto oddělení pohlaví běžné, u rostlin je poměrně vzácné – pouze u 5–6 % druhů. To, co nazýváme dolů, jsou ve skutečnosti chlupatá semena, která produkují pouze samičí stromy, a právě ta způsobují škody městům a jejich obyvatelům. Pro efektivní využití topolů v krajinářských úpravách je nutné pěstovat výhradně samčí rostliny a je nutné je vybírat v počátečních fázích vývoje a ne po sedmi až deseti letech, kdy topoly začnou kvést a jsou již velkými stromy a to vyžaduje znalosti o mechanismech určování pohlaví a genetických rozdílech mezi samčími a samičími rostlinami.
Stanovení molekulárních mechanismů určování pohlaví topolu a hodnocení jeho genetické diverzity jsou jednou z hlavních oblastí výzkumu, který v Ústavu molekulární biologie provádíme. V. A. Engelhardt RAS. Klíčovou použitou metodou je vysoce výkonné sekvenování, které umožňuje rychle generovat data o nukleotidových sekvencích genomů, transkriptomů nebo jednotlivých genů s vysokou přesností. Získali jsme kvalitní sestavy topolových genomů, které umožnily identifikovat rozdíly mezi samčími a samičími rostlinami na molekulární úrovni a doplnit naše znalosti o mechanismu určování pohlaví.
Kromě toho byly pomocí reprezentativního vzorku vzorků stanoveny nukleotidové sekvence pohlavně asociovaných oblastí genomu topolu a byly objeveny polymorfismy DNA nalezené pouze u samčích stromů. Na základě získaných dat a také výzkumů provedených výzkumnými týmy z jiných zemí jsme vyvinuli testovací systém pro určení pohlaví topolu, který je založen na metodě polymerázové řetězové reakce (PCR). Náš vývoj umožňuje vybrat rostliny požadovaného pohlaví i mezi jednoletými sazenicemi, což umožňuje použít pro městské terénní úpravy pouze samčí stromy, které netvoří chmýří.
Prokázali jsme také vysoký polymorfismus topolů rostoucích v Moskvě a navrhli genetické markery pro vytvoření kolekce stromů, které jsou vysoce adaptivní na městské podmínky, maximálně pokrývají stávající diverzitu a jsou vhodné pro další množení a efektivní využití v krajinářství. Naše práce tedy kromě svého zásadního významu vedla k vývoji DNA markerů, které umožní vybrat sazenice topolů, které jsou nejvhodnější pro krajinářské úpravy megapolí a zbavit se chmýří, a maximálně využít všech výhod tato rostlina ke zlepšení ekologie měst.
Opatření pro boj s topolovým chmýřím jsou velmi nejednoznačná. Většinou se používá razantní prořezávání stromů, ale tato metoda s nemalými finančními náklady nepřináší pozitivní výsledky: větve topolů se sice odřezávají, ale tvoří málo listů a nejsou schopny efektivně čistit vzduch a uvolňovat kyslík, a když jsou obnoveny, samičí rostliny také začnou znovu kvést chmýří. Dlouho se hovořilo o tom, že pro úpravu měst by se měli používat pouze samci topolů, ale v tomto směru nebyly podniknuty žádné výrazné kroky.
Existuje názor, že topoly mohou změnit pohlaví a je zbytečné vysazovat samčí rostliny, protože po nějaké době se změní na samičí. Rozsáhlé studie z posledních let provedené vědci v různých zemích a publikované, včetně časopisů Nature, však ukázaly, že pohlaví topolu je dáno geneticky, takže jeho změna nemůže být rozšířeným jevem. Většina druhů topolů se vyznačuje XY systémem určování pohlaví. Naše studie na reprezentativních vzorcích rostlin, včetně těch, které byly podrobeny radikálnímu řezu, z různých oblastí Moskvy prokázaly úplnou shodu mezi genotypem a fenotypem: všechny stromy s chromozomem Y tvořily samčí generativní orgány a bez něj samičí orgány. Závěr naznačuje, že důvod šíření samičích topolových rostlin ve městech, které tvoří chmýří, je spojen s používáním sadebního materiálu obou pohlaví.
Je obtížné najít náhradu za topol pro terénní úpravy ekologicky nejnepříznivějších oblastí středního Ruska a využití výdobytků moderní vědy může vyřešit problém chmýří výsadbou pouze samčích sazenic. Realizací takového projektu dojde ke zlepšení životního prostředí, snížení nemocnosti, zlepšení kvality života obyvatel a zvýšení jejich sociální a pracovní aktivity, což bude mít dlouhodobý ekonomický efekt. Právě v příštích letech se vyostřuje problém s přirozeným stárnutím aktuálně rostoucích topolů, spojený mimo jiné se zvýšenou křehkostí dřeva ze stromů starších 40 let. Otázku nahrazení starých topolů novými nelze ignorovat, protože pokud budou staré rostliny jednoduše odstraněny, město zůstane bez „plící“, což poškodí zdraví obyvatel. Výsadba a náhrada stromů musí být prováděna v několika etapách, aby byla zajištěna trvale vysoká úroveň zeleně průměrného stáří a dřevo z nahrazovaných topolových partií může být průmyslově využito – je vysoce ceněno při výrobě překližky a papíru. Realizace takto rozsáhlého projektu přitom vyžaduje podporu na federální či regionální úrovni především ze strany největší metropole Moskvy.
Popisky k fotkám
1. Samčí (nahoře) a samičí (dole) generativní orgány (jehnědy) topolu
2. Chlupatá semena na samičí rostlině topolu
Natalya Melnikova, kandidátka biologických věd, vedoucí výzkumná pracovnice v Laboratoři postgenomického výzkumu na Ústavu biomedicínských věd Ruské akademie věd