Vzácné genetické mutace

V dnešní době není těžké při toulkách internetem narazit na mnohdy fascinující fotografie neobvykle tvarovaných či zbarvených rostlin konopí. Za jejich vzhledem často stojí genetické mutace, které pod slupkou okázalého vzhledu skrývají mnohá další tajemství.

První zmínky o mutacích živých organismů můžeme najít již u otců zakladatelů evoluční biologie Charlese Darwina (1809–1882) a Gregora Mendela (1822–1844). Především druhý jmenovaný, proslulý přírodovědec moravského původu, položil základy zákonů, kterými se řídí šlechtitelé rostlin i zvířat dodnes. Mendelovy experimentální metody by pohledem dnešních vědců neobstály, nicméně už tehdy si povšiml, že aby v genomu druhu mohly nastat radikální rychlé změny, musí být způsobeny neméně drastickými změnami v samotné DNA jedince, tedy genetickou mutací.

O mutacích

Při dělení buněk živých organismů dochází ke kopírovaní a vytváření kopií jejich DNA pro potřeby nově vznikající buňky. Nezřídka dochází při tomto procesu k drobným chybám v genetickém kódu, ale obvykle jsou změny brzy opraveny. Nepodaří-li se změnu opravit a zůstane v DNA buňky natrvalo, hovoříme o genetické mutaci. Mutace se často drasticky projeví na podobě i životaschopnosti jedince a drtivá většina z nich je pro druh nevýhodná.

Mutace rozdělujeme do dvou základních kategorií podle toho, zda jsou přenosné na potomstvo. Gametické mutace vznikají v pohlavních buňkách a jsou dědičné dalšími generacemi. Somatické mutace jsou pohlavně nepřenosné, ale mohou být šířeny množením rostlin pomocí klonování, čehož využívají ovocnáři při získávání vzácných nových odrůd ovoce. Výhonky, které se působením somatických mutací změnily k nepoznání od zbytku rostliny, šlechtitelé naklonují a pečlivě střeží. Výhonky se odborně nazývají „sporty“ a tímto způsobem vznikl například červený grep nebo nektarinka.

Výzkumy prokazují, že k většímu množství mutací u rostlin dochází, jsou-li vystaveny stresovým vlivům.

Moderní výzkumy prokazují, že k většímu množství mutací u rostlin dochází, jsou-li vystaveny stresovým vlivům. Těmi mohou být nevhodné pěstební podmínky, špatná výživa nebo šok po přesazení. Zároveň jsou stresované rostliny v menší míře schopny opravovat poškozenou DNA a narůstá v nich množství zmutovaných buněk. U jednoletých druhů, ke kterým patří i konopí, je důležitým faktorem i stáří rostliny. Ve studii „Akumulace somatických mutací vede u konopí ke genetickým mozaikám“ popisují výzkumníci z Kanady rozdíly v DNA mezi klony odebranými z různých částí matečních rostlin konopí. Zajímavé je, že z výsledků pokusů vyplývá, že největší počet nových somatických mutací, tedy největší genetickou odlišnost, měly klony odebrané z vrchních částí matečních rostlin. Výzkum genomu konopí je zatím ještě v plenkách, ale pozorovaný genetický drift se shoduje s dlouholetými zkušenostmi profesionálních šlechtitelů. Ti často popisují snižující se kvalitu odebíraných klonů v závislosti na stáří mateční rostliny. Vysvětlením by mohla být postupná kumulace somatických mutací při nepřirozeně dlouhém vegetačním období matečních rostlin. Obvyklou praxí šlechtitelů je mateční rostliny alespoň jednou do roka „omlazovat“ tak, že vyberou nejzdravější z klonů a vypěstují novou matku.

Genetické mutace lze vyvolat uměle, což je využíváno při vývoji kontroverzních GM (geneticky modifikovaných) odrůd rostlin. K vyvolání změny v DNA využívají šlechtitelé celou řadu takzvaných mutagenů. Nejčastěji jsou jimi různé chemické látky jako jedovatý kolchicin či kyselina giberelová. Mutaci DNA může způsobit také gama záření. S pomocí genetické modifikace byla člověkem vytvořena řada odrůd komerčních plodin. Většina kukuřice či sóji pěstované na území Spojených států patří ke GM kultivarům.

Mutace konopí

Nejčastěji se pěstitelé konopí setkávají u svých rostlinek s mutacemi, které způsobují různé neobvyklé a mnohdy pozoruhodné deformace listů. Ty mohou být někdy pozorovatelné již v prvních dnech po vyklíčení semínka nebo se projeví v pozdějších fázích růstu rostliny. Objevují se rostliny s nezvyklým tvarem či počtem listů a s listy rostoucími na nepřirozených místech. V některých extrémních případech vypadají tyto rostliny tak odlišně od tradičních odrůd, že jsou vyhledávány pěstiteli, kteří potřebují zahrádku dobře maskovat. Mezi vyhledávané patří odrůdy s mutací zvanou „ducksfoot“, jejichž listy vypadají jako kachní noha. Další takovou neobvyklou varietou je ABC (Australian Bastard Cannabis), což je divoká odrůda konopí opředená mnoha mýty a vyskytující se pouze v Austrálii. Mutace listů jsou zpravidla dědičné, ale je těžké je stabilizovat.

Obvyklou praxí šlechtitelů je mateční rostliny alespoň jednou do roka „omlazovat“ tak, že vyberou nejzdravější z klonů a vypěstují novou matku.

U rostlin někdy narazíme na albinismus, který se projevuje, podobně jako u zvířat, ztrátou barvy. Mutace způsobuje poruchu tvorby pigmentu – tím je pro rostliny nezbytný chlorofyl. Absence chlorofylu však neumožňuje rostlinám základní životní funkce, proto se u nich setkáme pouze s částečným postižením, odborně zvaným variegace nebo panašování. Na internetu lze narazit na spektakulární fotky bílých palic, které údajně pocházejí z albínů. Pravda je ale taková, že rostlina konopí zcela postrádající chlorofyl by nebyla schopná fotosyntézy a zkrátka by nemohla přežít. Květy nebo listy konopí mohou zbělat pod příliš intenzivním umělým osvětlením, vlivem chemikálií či plísní. S panašováním se u konopí lze setkat poměrně často, ale nemá žádné praktické využití. Odbarvené části neschopné fotosyntézy jsou pro rostliny nevýhodou a šlechtitelé tento rys nevyhledávají.

Panašování je někdy pěstiteli mylně zaměňováno za projevy napadení virem tabákové mozaiky, které může vypadat podobně. Nebezpečný virus v minulosti zdecimoval nejednu populaci komerčně pěstovaných rostlin a napadá i konopí. Vyskytuje se ale opravdu velmi zřídka a je jednoduché mu předejít dodržováním hygienických pravidel při péči o rostliny.

Polyploidie

Polyploidní rostliny jsou postiženy genetickou mutací, která způsobuje, že jejich buňky obsahují větší počet chromozomů, než je obvyklé. Chromozomy jsou buněčné struktury, které se skládají z DNA a jsou nezbytné pro její reprodukci. Konopí je diploidní druh, což znamená, že má ve svých buňkách obvykle dvě sady chromozomů. Jednu po matce a jednu po otci. V případě polyploidních rostlin konopí se nejčastěji setkáváme s tetraploidními jedinci, kteří mají čtyři sady chromozomů namísto standardních dvou. V přírodě se polyploidie vyskytuje jen velmi ojediněle, ale lze ji vyvolat pomocí kolchicinu či oryzalinu. Nutno dodat, že obě tyto látky jsou velmi toxické a při experimentech s nimi většina rostlin uhyne. U malého počtu z nich však dojde k rozvoji této jedinečné genetické mutace.

Tetraploidní samičí rostliny konopí jsou rozpoznatelné na první pohled především tvarem svých květů. Palice jsou často protáhlé a vypadají, jako by jich několik srostlo dohromady. Výrazné změny v květenství polyploidních rostlin vedly v minulosti profesionální šlechtitele ke zkoumání tohoto fenoménu do hloubky. Výsledkem jsou například bezsemenné odrůdy ovoce, které pocházejí právě z polyploidních kultivarů.

Mutace se často drasticky projeví na podobě i životaschopnosti jedince a drtivá většina z nich je pro druh nevýhodná.

Vlivu a případnému využití polyploidie při vývoji nových odrůd konopí se věnuje studie, jejíž výsledky byly publikovány v časopise Frontiers of Plant Science pod názvem „Polyploidizace za účelem genetického vylepšení Cannabis sativa“. Vědcům se podařilo uměle vytvořit několik mutantních rostlin, které podrobili řadě testů s cílem odhalit potenciál této mutace pro šlechtitele.

Polyploidní rostliny měly větší buňky, a to se projevilo zvětšením některých buněčných struktur a orgánů. Stomata (průduchy) tetraploidních jedinců byla až o 30 procent větší a na listech jich bylo přibližně poloviční množství než u diploidních rostlin. Jejich listy byly také znatelně kratší a širší než u těch z kontrolní populace. Z hlediska výnosu se zmutované rostliny nelišily od svých zdravých sester.

Změny v obsahu terpenů i kanabinoidů

Zajímavých změn si vědci povšimli až při chemické analýze. Konopí je z velké části pěstováno pro svůj obsah kanabinoidů a terpenů. Obsah THCA zůstal u tetraploidních rostlin nezměněn, ale došlo k nárůstu obsahu CBDA o 8,9 procenta a znatelnému poklesu CBGA o přibližně 30 procent. CBGA je prekurzorem určujícím celkový obsah THC v konopí, a přestože se zde úbytek CBGA na obsahu THC neprojevil, toto zjištění odpovídá zkušenostem vědců z předchozích experimentů, při kterých u polyploidních rostlin docházelo až k třetinovému poklesu obsahu THC.

Terpeny jsou aromatické látky, které určují vůni a chuť konopí, ale také ovlivňují celkové účinky byliny na konzumenta. Tento jev se označuje jako synergické působení (anglicky entourage effect). Právě produkce terpenů byla nejvíce ovlivněna polyploidií. U tetraploidních rostlin byl pozorován nárůst obsahu některých terpenů, především seskviterpenů. Zajímavé je i to, že biosyntéza CBDA a seskviterpenů v konopí spolu úzce souvisí, a to se odráží i ve změnách ve fytochemickém složení tetraploidních jedinců. Celkově vzrostlo množství terpenů v palicích o 30 procent a v listech dokonce o 70 procent.

Nepochybně zářivou tečkou za výzkumem polyploidního konopí bylo zjištění vědců, že pozorovali o poznání větší hustotu trichomů na listech rostlin, což by mohlo být vysvětlením pro tak veliký nárůst obsahu terpenů právě v listech. Ve světle těchto poznatků jistě nelze popřít, že výzkum genetických mutací konopí jistě stojí za další pozornost.

Zdroj: magazin-legalizace.cz