Parazitická rostlina přežívá díky genům svého hostitele

Genetická informace se většinou předává z generace na generaci. Rodiče předají DNA potomkům a ti ji nesou dál. V přírodě ale existují i méně přímočaré cesty. Jednou z nich je horizontální přenos genů, tedy přesun genetického materiálu mezi organismy, které nejsou v přímé rodičovské linii.

U bakterií je podobný jev dobře známý. Právě tak se mohou šířit například některé geny spojené s odolností vůči antibiotikům. U rostlin je situace složitější. Přenos cizí DNA sice může nastat, ale to ještě neznamená, že získaný gen začne v novém organismu fungovat.

Nová studie publikovaná v časopise Proceedings of the Royal Society B ukazuje výjimečný případ. Holoparazitická rostlina Lophophytum mirabile podle vědců nahradila část vlastních mitochondriálních genů geny získanými od hostitelských rostlin.

Rostlina bez fotosyntézy

Lophophytum patří mezi holoparazitické rostliny. To znamená, že se neobejde bez hostitele. Na rozdíl od běžných zelených rostlin není schopná fotosyntézy a vodu, živiny i energii získává z jiné rostliny.

Právě tak blízký vztah mezi parazitem a hostitelem vytváří podmínky, ve kterých se může genetický materiál přesouvat. Výzkumníci se zaměřili na mitochondriální DNA. Mitochondrie jsou buněčné organely důležité pro energetický metabolismus a jejich genomy jsou u rostlin k horizontálnímu přenosu náchylnější než jiné části genetické výbavy.

„Během posledních dvaceti let jsme zkoumali četnost a evoluční dopad horizontálního přenosu genů mezi rostlinami,“ uvedla pro Phys.org Maria Virginia Sanchez-Puerta, hlavní autorka studie.

Podle ní se tým dlouhodobě soustředí právě na mitochondriální genom. Cizí DNA se v něm může objevit, ale většinou nezíská funkci. „Většina cizí DNA zůstává v přijímající rostlině nefunkční a nakonec se ztratí,“ vysvětlila Sanchez-Puerta.

Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (2026), DOI: 10.1098/rspb.2025.2955

Cizí geny, které začaly pracovat

U Lophophytum mirabile vědci narazili na neobvyklý stav. Rostlina si nenesla jen náhodné úseky cizí DNA. Některé geny získané od hostitele podle analýzy nahradily původní mitochondriální geny parazita a začaly fungovat.

Autoři studie proto porovnali mitochondriální genomy dvou příbuzných druhů, Lophophytum mirabile a Lophophytum pyramidale, s genomy jejich hostitelských rostlin. Zároveň zkoumali RNA, aby zjistili, zda se získané geny skutečně přepisují a upravují tak, aby mohly být použity.

Ze studie vyplývá hlavní problém:

„Horizontální přenos genů v rostlinných mitochondriích je častý, získané geny jsou však kvůli bariérám exprese jen zřídka funkční.“ Jinými slovy: dostat cizí gen do genomu nestačí. Buňka ho musí umět přečíst, správně zpracovat a zapojit do fungujícího systému.

Jak překonat biologické bariéry

Právě to bylo pro výzkumníky hlavní otázkou. Jak je možné, že cizí geny v parazitické rostlině fungují?

„Zajímalo nás, jak je to možné. Jak byly překonány bariéry exprese a jak byla v tomto holoparazitovi zachována cytonukleární kompatibilita?“ uvedla Sanchez-Puerta.

Studie nabízí vysvětlení: část funkčních cizích genů má chimérickou strukturu. To znamená, že kódující část pochází od hostitele, ale regulační oblast, která pomáhá gen spustit, zůstává původní — tedy rozpoznatelná pro vlastní buněčný aparát parazitické rostliny.

Díky tomu může rostlina cizí gen číst jako součást vlastního systému. Podle autorů nejde o univerzální řešení pro všechny získané geny. Funkční náhrady se objevují hlavně tam, kde geny neobsahují introny a nevyžadují složité úpravy RNA.

„Přírodní výběr umožnil hlavně expresi cizích genů, které si zachovaly původní promotory, neměly introny a nesly nízké nároky na RNA editaci," dodala Sanchez-Puerta.

Co to říká o evoluci

Výzkum Lophophytum mirabile ukazuje, že genomy nejsou vždy uzavřené systémy. V některých případech může genetický materiál přejít mezi různými druhy a stát se funkční součástí nového organismu.

Autoři studie píší, že funkční zapojení získaných genů vzniká kombinací strukturálního začlenění a pružnosti původního regulačního systému rostliny: „Funkční integrace je řízena kombinací strukturální integrace a flexibility původního regulačního systému.“

Pro evoluční biologii je to důležité zjištění. Ukazuje, že parazitický způsob života může vytvářet neobvyklé příležitosti pro výměnu genetického materiálu. Zároveň ale potvrzuje, že příroda má silné filtry: většina cizích genů neuspěje, protože je nový organismus nedokáže správně používat.

Credit: Isau Huamantupa / Field Museum of Natural History

Další otázky

Pokud se tento mechanismus potvrdí, pomůže lépe pochopit, jak se genetický materiál může přesouvat mezi druhy a za jakých okolností se z něj stane funkční součást nového organismu.

Lophophytum mirabile tak není zajímavé jen jako parazitická rostlina. Je také příkladem toho, že evoluce někdy pracuje s genetickým materiálem způsobem, který přesahuje běžnou představu dědičnosti od rodičů k potomkům.

Zdroje:

- Maria Emilia Roulet et al.: A structural solution to functional HGT: gene chimaerism bypasses mitochondrial expression barriers in parasitic plants, Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2026. DOI: 10.1098/rspb.2025.2955, PubMed, Phys.org