Vysoké koncentrace těžkých kovů v prostředí jsou převážně výraznou komplikací pro život většiny živých organismů. Rostliny mají díky svým omezeným pohybovým schopnostem v případě výskytu v kontaminovaných oblastech jedinou možnost přežití – adaptaci. Identifikace a charakterizace genů rezistence k těžkým kovům a porozumění jejich biologickým funkcím jsou klíčovým tématem současné biologie.
Seznam použité a doporučené literatury:
Baloun J, Nevrtalova E, Kovacova V, Hudzieczek V, Cegan R, Vyskot B, et al. Characterization of the HMA7 gene and transcriptomic analysis of candidate genes for copper tolerance in two Silene vulgaris ecotypes. J Plant Physiol 2014;171:1188–96. doi:10.1016/j.jplph.2014.04.014.
Nevrtalova E, Baloun J, Hudzieczek V, Cegan R, Vyskot B, Dolezel J, et al. Expression response of duplicated metallothionein 3 gene to copper stress in Silene vulgaris ecotypes. Protoplasma 2014;251:1427–39. doi:10.1007/s00709-014-0644-x.
Hanikenne M, Talke IN, Haydon MJ, Lanz C, Nolte A, Motte P. Evolution of metal hyperaccumulation required cis-regulatory changes and triplication of HMA4. Nature 2008;453. doi:10.1038/nature06877.
Prát S. Die Erblichkeit der Resistenz gegen Kupfer. Ber Dtsch Bot Ges 52:65-67
High concentrations of heavy metals in the environment negatively affect the life of most living organisms. Due to their limited mechanical motion abilities, plants have only one survival option if they occur in a contaminated area – adaptation. Identification and characterization of genes responsible for heavy metal resistance and an understanding of their biological functions are key topics in present-day biology.
-
Mezi první objevitele fenoménu tolerance rostlin k těžkým kovům patří rodák z moravských Hrotovic a významný rostlinný fyziolog Silvestr Prát – na snímku se svou manželkou, slavnou českou numizmatičkou Emanuelou Nohejlovou-Prátovou. Narodil se do učitelské rodiny a v těchto šlépějích pokračoval, v r. 1934 se stal profesorem kryptogamologie a fyziologie rostlin na tehdejší Karlově univerzitě. Jeho zájem o výživu rostlin přinesl některá pozorování, jež sice patřila k okrajovým ohledně jeho vlastního vědeckého směřování, ale dodnes jsou považována za klíčová. V tomto ohledu jednoznačně dominuje právě objev tolerance rostlin k těžkým kovům. Prátův popis populací silenky dvoudomé (Silene dioica) tolerantních k mědi pozorovaný v okolí obce Špania Dolina poblíž Banské Bystrice na Slovensku a publikovaný v r. 1934 zůstal 20 let v podstatě nepochopen a bez reakce vědecké veřejnosti. Vlastní práce není jen pozorováním rostlin a jejich schopnosti růst v různých koncentracích mědi, Prát pomocí křížení ukázal i genetickou podstatu studovaného fenoménu. V současné době jsou tyto práce hojně citovány a pokládány za revoluční. Foto z archivu Z. Opatrného
-
Zájem o rostliny tolerující těžké kovy zažívá renesanci (oproti r. 2000 došlo v r. 2016 k téměř 10násobnému nárůstu počtu vědeckých publikací). Např. v rámci spolupráce Oddělení vývojové genetiky rostlin Biofyzikálního ústavu Akademie věd ČR v Brně a Centra strukturní a funkční genomiky rostlin Ústavu experimentální botaniky AV ČR v Olomouci se věnujeme výzkumu genetické podmíněnosti tohoto typu tolerance. Rostlinné vzorky odebíráme v katastru obce Špania Dolina na haldě, která vznikla po těžbě mědi v této již tradiční lokalitě. Těžba probíhala téměř čtyři staletí a byla zastavena až v r. 1888. Na základě tohoto studia bylo v posledních letech publikováno několik prací o mechanismech tolerance k těžkým kovům u silenky nadmuté (Silene vulgaris) a silenky dvoudomé (S. dioica). Foto R. Hobza
-
Povrch haldy u obce Špania Dolina. Modré a zelené zbarvení kamenů je způsobeno minerály mědi. Foto R. Hobza
-
Test tolerance k mědi – nahoře kontrolní půda, dole půda se zvýšenou koncentrací tohoto prvku. Rostliny silenky dvoudomé (Silene dioica) z populace Tišnov (oba květináče vlevo), populace Špania Dolina (uprostřed) a laboratorní linie silenky širolisté (S. latifolia) U15 byly pěstovány pět týdnů ve skleníku. Je patrné, že tolerantní k mědi jsou pouze rostliny z populace rostoucí na haldě v obci Špania Dolina. Foto V. Hudzieczek
-
Penízek modravý (Noccaea caerulescens, dříve Thlaspi caerulescens). Foto P. Symon
-
Mezi hlavní objekty zájmu studia tolerance k těžkým kovům patří silenka nadmutá (Silene vulgaris). Na snímku rostlina na haldě poblíž lokality Piesky u obce Špania Dolina na Slovensku. Foto R. Hobza
-
Silenka dvoudomá (Silene dioica) je historicky první rostlinou, u které byla publikována schopnost tolerovat vyšší koncentraci těžkých kovů v půdě. Snímek z haldy poblíž obce Špania Dolina na Slovensku. Analýzy půdních vzorků z této lokality ukazují až 70násobné zvýšení obsahu mědi oproti normálu. Foto V. Hudzieczek