Chloroplasty a heteróza u rostlin

Heteróza je dávno známa šlechtitelům. Kříženci (hybridi) vyšlechtěných (inbredních) odrůd zpravidla dosahují ve znacích důležitých pro pěstitele vyšších hodnot než obě odrůdy rodičovské – jsou třeba větší nebo mají vyšší obsah cukrů. Fyziologická podstata heterózy však není zdaleka objasněna.

Jednou z nejdůležitějších polních plodin na Zemi je kukuřice. Kvůli výnosům je významná její výška. Který znak u semenáčků by umožnil kvantitativně odhadnout u dospělých hybridů právě heterózu ve velikosti? Ukazuje se, že výška rostliny výrazně pozitivně koreluje s množstvím proteinů jejích chloroplastových ribozomů. Na nich se tvoří část chloroplastových proteinů, ostatní jsou do chloroplastů transportovány z buněčné cytoplazmy. Taková korelace však nebyla nalezena pro množství transkriptů DNA kódujících tyto proteiny – posttranskripční mechanismy zřejmě selektivně regulují množství syntetizovaných proteinů u inbredních a hybridních rostlin.

Při zvýšeném množství chloroplastových ribozomálních proteinů se v rostlinách kukuřice sníží tvorba enzymů biosyntézy etylénu, stresového rostlinného hormonu. Mutace genů pro tyto enzymy způsobuje, že se proteom inbredních rostlin kukuřice podobá hybridnímu. Kukuřice je jednoděložná rostlina s fotosyntézou C4 (Vesmír 91, 35, 2012/1). Již dříve se zjistilo, že také u hybridů dvouděložného huseníčku (Arabidopsis thaliana) s běžnější C3 fotosyntézou je hladina etylénu nižší. Omezení biosyntézy etylénu tedy může být společnou složkou fyziologie heterózy u rostlin. Víme nyní o něco víc o mechanismu tohoto jevu, který má pro nás i praktický význam.

Birdseye D. et al.: PNAS, 2021, DOI: 10.1073/pnas.2109332118