Muška se brání rostlinným toxinům pomocí genu, který jim ukradla

Nenápadná bílá muška jménem molice je kosmopolitně rozšířený škůdce, který napadá všechny druhy rostlin včetně těch hospodářsky významných. Nová studie ukazuje, že za úspěšností její životní strategie stojí genová krádež, která se odehrála před desítkami milionů let.

Objev publikovaný v časopisu Cell je vůbec prvním zaznamenaným příkladem přirozeného genového přenosu mezi rostlinou a hmyzem.

Řada rostlin produkuje na svou obranu toxiny, které mají odradit hmyzí škůdce. Molice se však tomuto trendu přizpůsobila. Rostlinám ukradla gen, který jí umožňuje tyto toxiny neutralizovat. Díky genu s názvem BtPMaT1 muška dokáže přeměnit vysoce toxické fenolické glykosidy na látky pro ni zcela neškodné.

„Tato studie je opravdu zajímavá,“ říká Charles Davis, evoluční biolog z Harvard University, který se na studii nepodílel. „Je krásným příkladem toho, jaké evoluční novinky může horizontální genový tok mezi eukaryotickými organismy přinést.“

Horizontální genový tok je událost, při které dochází k přenosu genu mezi dvěma organismy. Tyto organismy však nejsou rodičem a potomkem. Horizontální přenos genů je častý u jednobuněčných organismů, jako jsou bakterie. U vyšších organismů je spíše výjimečný. Zaznamenán byl například mezi bakterií a broukem, nebo mezi houbou a rostlinou. Přenos mezi rostlinou a hmyzem dosud popsán nebyl.

„Naším původním záměrem ale nebylo najít důkaz o přenosu genů mezi molicí a jiným druhem,“ vysvětluje spoluautor studie Ted Turlings, který působí jako chemický ekolog na Université de Neuchâtel. Molice nejenže přímo poškozují rostliny, ale zároveň také přenášejí více než stovku patogenních rostlinných virů. Představují tak velký ekonomický problém. „Chtěli jsme porozumět tomu, jak tyto škůdci obcházejí obranné mechanismy rostlin.“

Vědci analyzovali genom molice a snažili se v něm identifikovat geny, které jsou zodpovědné za odolnost k toxickým látkám rostlin. Protože srovnání genomu s genomem příbuzných hmyzů výsledky nepřineslo, zaměřili se vědci na gen BtPMaT1, který je pro molice unikátní. Výzkumníci zjistili, že tento gen kóduje enzym, který neutralizuje fenolické glykosidy. Jeho evoluční původ ale zůstával nejasný.

Důkladnější analýza následně ukázala, že velmi podobný gen se vyskytuje u rostlin. Tým vědců tak přišel s hypotézou, že přibližně před 35 až 80 miliony let se rostlinný gen náhodou dostal do viru. Tento vir poté infikoval jinou rostlinu, a tu následně zkonzumovala molice. Rostlinný gen se nakonec za pomoci viru dostal do buňky molice a začlenil se do jejího genomu.

V okamžiku, kdy vědci identifikovali správný gen a objasnili jeho původ, zaměřili se na jeho deaktivaci. Rostlinu rajčete genetickými manipulacemi upravili tak, aby v ní docházelo k produkci tzv. interferující RNA, která tlumí činnost genu. Pokud takovou rostlinu konzumovala molice, její gen jí před účinky toxinu neochránil, a ta zemřela. Jiné hmyzí druhy, které nemají gen BtPMaT1, a na které toxin nepůsobí, konzumace geneticky upravené rostliny nijak neohrozila.

Jinými slovy, na polích bychom v budoucnu mohli pěstovat zemědělské plodiny, které jsou vůči molicím odolné. Studie tak krom zajímavého objevu přinesla i naději pro zemědělce, kterým tento hmyzí škůdce způsobuje nemalé finanční ztráty.

Originální publikace: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867421001641

Zdroj: Nature a The Scientist, zdroj titulního obrázku: LostnSpace2011- On & Off, Flickr