A nehézfém-szennyezés világszerte egyre komolyabb kihívást jelent a mezőgazdaság számára. Bár a réz nélkülözhetetlen mikroelem a növények fejlődésében, túlzott mennyiségben mérgezővé válik, gátolja a növekedést, károsítja a fotoszintézist és fokozza az oxidatív stresszt. A Varsói Élettudományi Egyetem kutatói azt vizsgálták, hogy egy tritikáléból származó gén képes-e javítani a növények réztűrését.
A kutatás középpontjában a TsPAP1 gén állt, amely egy prolyl-aminopeptidáz enzimet kódol. A kutatók ezt a gént Arabidopsis thaliana, lúdfű modellnövénybe juttatták be, majd a transzgénikus növényeket különböző rézkoncentrációknak tették ki. Eredményeiket a génmódosítást nem hordozó kontrollnövényekkel hasonlították össze.
A réz koncentrációjának növekedésével minden növénynél csökkent a biomassza, ugyanakkor a transzgénikus vonalak vesztesége jóval kisebb volt.
Emellett kisebb mértékű lipidperoxidációt és alacsonyabb reaktív oxigéngyök-felhalmozódást mértek, ami mérsékeltebb oxidatív károsodásra utal.
A kedvezőbb stressztűrés egyik kulcsa a prolin nagyobb mennyiségű felhalmozódása lehetett. Ez az aminosav számos környezeti stresszhelyzetben halmozódik fel a növényekben, hozzájárul a fehérjék és a sejtmembránok stabilizálásához, valamint a sejtek redox-egyensúlyának fenntartásához. A TsPAP1-et hordozó növényekben már stresszmentes körülmények között is több mint kétszer akkora prolinkoncentrációt mértek, rézkezelés hatására pedig ez az előny tovább megmaradt.
Antioxidáns enzimrendszer
A kutatók részletesen elemezték az antioxidáns enzimrendszer működését is. A rézterhelés minden növénynél aktiválta a védekező mechanizmusokat, azonban a transzgénikus vonalakban jóval erősebben nőtt a kataláz, az aszkorbát-peroxidáz, a III. osztályú peroxidázok és a glutation-reduktáz aktivitása. Ezek az enzimek kulcsszerepet játszanak a reaktív oxigénformák semlegesítésében, ezáltal csökkentik a sejtkárosodás mértékét.
A génexpressziós vizsgálatok arra is rámutattak, hogy a TsPAP1 nem egyetlen antioxidáns útvonalat befolyásol. A transzgénikus növényekben több olyan gén működése is erősebben aktiválódott, amelyek a kloroplasztiszokban, a citoplazmában, a peroxiszómákban és a sejtfalon kívüli térben működő antioxidáns enzimeket kódolják. A kutatók szerint ez arra utal, hogy a védekező rendszer több sejten belüli helyen egyszerre erősödik meg, ami hatékonyabb oxidatív stresszkezelést tesz lehetővé.
A vizsgálat eredményei arra is utalnak, hogy a prolin mennyiségének növekedése nem kizárólag az ismert bioszintetikus útvonalból származhat. A TsPAP1 által kódolt enzim a fehérjék lebontása során keletkező peptidekből képes prolint felszabadítani, így a fehérjeforgalom is hozzájárulhat a stresszhelyzetben rendelkezésre álló prolintartalék növeléséhez.
A kutatás ugyan Arabidopsis modellen készült, de a szerzők úgy vélik, hogy az azonosított molekuláris mechanizmus a haszonnövények fejlesztésében is hasznosítható lehet. A TsPAP1 olyan genetikai célpontnak tekinthető, amely a jövőben hozzájárulhat a nehézfémmel szennyezett területeken is jobb teljesítményre képes növényfajták nemesítéséhez vagy biotechnológiai fejlesztéséhez.
