S chloroplastovou DNA v listech je to složité

Už dvakrát jsem psal o rozdílných závěrech týkajících se přetrvávání chloroplastové DNA v dospělých listech rostlin (viz Vesmír 84, 316, 2005/6 a 85, 321, 2006/6). Arnold J. Bendich a jeho kolegové z Washingtonovy univerzity v Seattlu zjistili, že se z chloroplastů dospělých, fotosynteticky aktivních listů kukuřice a huseníčku (Arabidopsis) ztrácí DNA, ale jejich němečtí kolegové z Ústavu Maxe Plancka pro fyziologii rostlin v Postupimi to prohlásili za důsledek toho, jak byl experiment proveden, za experimentální artefakt. Jde o zajímavou otázku, protože některé složky proteosyntetického a fotosyntetického aparátu chloroplastů – endosymbioticky vzniklých organel – jsou kódovány jejich vlastní DNA. O důležitosti fotosyntézy jako procesu globálního významu nelze pochybovat.

Na základě dvou dalších prací z Bendichovy laboratoře se nyní zdá, že nálezy amerických autorů jsou opodstatněné, ale jak to ve vědě bývá, problém je asi složitější. V prvé práci Američané srovnávali u izolovaných chloroplastů i u chloroplastů v buňkách obsah a strukturu DNA v mladých a dospělých listech tabáku, vojtěšky, hrachu a kukuřice. U všech čtyř druhů rostlin zjistili v průběhu vývoje listů pokles obsahu chloroplastové DNA a přechod od molekul DNA obsahujících celý chloroplastový genom k fragmentům molekul. U tabáku, jehož rostliny snadno regenerují z tělních buněk, však chloroplastová DNA vytrvává déle než u ostatních tří druhů rostlin. Šest procent chloroplastů v buňkách dospělých listů tabáku obsahuje kompletní molekuly chloroplastové DNA, zatímco v dospělých listech špatně regenerující kukuřice takové struktury vůbec nebyly nalezeny.

V druhé práci se američtí autoři zaměřili na kukuřici a hodnotili třemi nezávislými metodami obsah DNA v izolovaných chloroplastech u rostlin rostoucích za různých světelných podmínek. Srovnávali také, jak se chová DNA v chloroplastech na bílém světle u rostlin kukuřice běžného genotypu (divokého typu) a několika jaderných mutantů kukuřice.

Zjistili, že při růstu semenáčků kukuřice na světle při vývoji chloroplastů v listech výrazně klesá množství chloroplastové DNA na plastid. Při růstu semenáčků kukuřice ve tmě, kdy jsou rostliny vytáhlé a nezelené (místo chloroplastů se v jejich buňkách vyvíjejí etioplasty), obsah plastidové DNA při vývoji listů neklesá, rychle však poklesne po přenesení rostlin na světlo. Na červeném světle chloroplastová DNA v listových buňkách zůstává, na modrém světle mizí. Autoři soudí, že červené světlo podporuje replikaci DNA a potlačuje její degradaci. Dále zjistili, že u některých mutantů kukuřice je obsah chloroplastové DNA na bílém světle vyšší než u divokého typu. Proto se domnívají, že jaderný genotyp může ovlivňovat ztrátu nebo uchování chloroplastové DNA.

V diskusi A. J. Bendich a jeho spoluautoři vyvracejí námitky německých kolegů, podle nichž byl úbytek chloroplastové DNA v průběhu vývoje listů způsoben poškozením obalů chloroplastů při odstřeďování během jejich izolace, a chloroplastová DNA pak odbourána enzymem používaným pro odstranění jaderné DNA ze suspenzí chloroplastů. Mimo jiné američtí autoři argumentují tím, že obdrželi podobné výsledky, ať zmíněný enzym použili nebo ne (Planta 224, 72–82, 2006 a 225, 41–55, 2006).

Molekulární biologové tedy zřejmě budou muset zjistit, jak je možné, že v dospělých a stárnoucích listech rostlin v mnoha případech funguje proteosyntetický i fotosyntetický aparát chloroplastů, i když není k dispozici chloroplastová DNA, nutná pro syntézu některých složek.