Magyar kutató segített feltárni a brutális európai parlagfűinvázió genomikai hátterét

A Qubit a szabad és tájékozott magyar nyilvánosságért dolgozik. Segítsd a munkánkat!

Most, augusztus végén javában tart a pollenallergiás emberek életét megkeserítő parlagfűszezon. A súlyos légúti tüneteket kiváltó ürömlevelű parlagfű (Ambrosia artemisiifolia) virágzása súlyos közegészségügyi veszélyt jelent, mert csak Európában több mint 33 millió ember szenved parlagfűallergiában.

„A hőmérséklet emelkedése és a növény további terjedése miatt ez a szám 2060-ra 77 millióra emelkedhet, mivel az Észak-Amerikából behurcolt parlagfű ma már szinte mindenhol megtalálható Európában” – mondta a Qubitnek Poczai Péter, a Helsinki Egyetem múzeomikai kutatócsoportjának vezetője, a Finn Természettudományi Múzeum Szisztematika és Evolúciókutatási Programjának igazgatója. 

A magyar növénybiológus és 27 kollégája az elmúlt 190 évben Ausztráliától Dániáig, Kanadától Szerbiáig gyűjtött, közel 500 példány genomjának szekvenálásával vizsgálta a gyomnövény inváziós sikerének genetikai hátterét. Kiterjedt nemzetközi kutatásuk eredményét a Science Advance folyóiratban augusztus 24-én megjelent tanulmányukban ismertették. 

Francia kutató és az inváziós növényFotó: Denis Bringard/Biosphoto

Herbáriumi titkok

„A növény a nemzetközi takarmánykereskedelemmel a 19. század végén került Európába, tömeges elterjedésében pedig kulcsszerepe volt annak, hogy az első világháború éveiben rengeteg vetőmagot szállítottak az Egyesült Államokból Európába. Ezekkel a háborús szállítmányokkal érkezett először parlagfű Magyarországra is” – mondta Poczai. A növénybiológus szerint ugyan számos más növényt is behurcoltak ebben az időszakban, de túlnyomó többségük nem tudott megbirkózni az új környezeti feltételekkel, a kórokozókkal és a kártevőkkel, így legtöbbjük gyorsan el is tűnt a honos flórából. Az ürömlevelű parlagfűnek azonban túlságosan is jól sikerült alkalmazkodnia.

Az allergiások, a természetvédők és a növénytermesztők által egyaránt átkozott sikeresség genetikai hátterének feltáráshoz a nemzetközi kutatócsoport a Föld különböző régióiból származó, a világ 308 tudományos herbáriumában őrzött, valamint frissen gyűjtött példányainak genomjaiból álló adatbázist hoztak létre. Sokat mond, hogy az egyedülálló kollekció legidősebb növényét 190 évvel ezelőtt szedték le. 

A magyar növénybiológus szerint a természettudományi múzeumok gyűjteményeiben világszerte őrzött példányok potenciális időkapszulaként számos molekuláris titkot rejtenek. „Egészen a közelmúltig ezeket a gyűjteményeket elsősorban morfológiai vizsgálatokra használták, mivel úgy gondolták, hogy az ezekből a példányokból származó molekulák lebomlottak és vizsgálatokhoz alkalmatlanok. A DNS-vizsgálatok ezért olyan fajokra korlátozódtak, amelyekből friss mintákat lehetett gyűjteni, a múzeumi anyagokon végzett molekuláris munka pedig csak rövid DNS-töredékekre korlátozódott. Ezért olyan különleges a tanulmányunk, mert töredékek helyett teljes genomokat tudtunk használni, így betekintést kaptunk azokba a genetikai változásokba, amelyek lehetővé tették, hogy a parlagfű napjainkban ilyen sikeres inváziós fajjá váljon Európában” – mondta a kutató.

Az ürömlevelű parlagfű egy amerikai herbárium által 1916-ban gyűjtött példányaFotó: herbariaunited.org

„Fajkeveredéses” alkalmazkodás

Most publikált tanulmányukban a kutatók először is összehasonlították az európai növények genetikai összetételét az eredeti, észak-amerikai parlagfűével. A genomszekvenciák alapján jelentős változást találtak a parlagfű-populációk genetikai szerkezetében azon rövid időtartamban, amely alatt a faj megtelepedett Európában.

Ez egyfelől a behurcolt, genetikailag eltérő parlagfű egyedekkel magyarázható. Mert ahogy Poczai elmondta, Észak-Amerikából egymástól eltérő időben több különböző alkalommal is sikerült behurcolni egymással ugyan rokonságban álló, de genetikailag mégis kissé különböző példányokat. Ezek a növények aztán annyira jól keveredtek Európában, hogy létrehoztak egy olyan génkészletet, amellyel alkalmazkodni tudtak az európai körülményekhez. 

A Poczaiék által korábban vizsgált óriás parlagfű (Ambrosia trifida) és az évelő parlagfű (Ambrosia psilostachya) is kereszteződött az ürömlevelű parlagfűvel, amely ezzel az adaptációt jelentősen segítő géneket kapot. „A kompatibilis társak hiánya miatt az invázió korai szakaszában, amikor az egyedszám alacsony, a fajok általában nem tudnak populációt létrehozni az új környezetben. Ám ezt az Allée-hatásnak nevezet akadályt a szélbeporzású parlagfű esetében a hibridizáció segített leküzdeni, és így segítette az invázió sikerét annak ellenére, hogy a behurcolt területeken a faj nem volt adaptív” – mondja Poczai.

Virágzó Ambrosia artemisiifoliaFotó: PATRICK PLEUL/dpa Picture-Alliance via AFP

Ellenségűző genetika

A kutatók szerint az ürömlevelű parlagfű erős terjedésének másik oka a növény természetes kártevőinek és kórokozóinak hiánya. Jelenkori kutatások kevéssé ismert kérdése az inváziós fajok és a honosok területén előforduló kórokozók és kártevők kapcsolata. Normális esetben, ahol egy növényfaj őshonos, ott a természetes ellenségei is képesek fejlődni és alkalmazkodni, ami megakadályozza a szélsőséges terjedést. „Ezért a mikrobiális közösségek inváziós növények sikerére gyakorolt hatását is vizsgáltuk azzal, hogy mind a mikrobák, mind a növények DNS-ét elhelyeztük egy tér- és időbeli hologenomikai skálán” – mondta Poczai. 

Az ellenségektől való megszabadulás hipotézise (ERH) szerint a honos fajokat kártevőik nagyobb nyomás alatt tartják, mint az új inváziós fajokat, ezért az utóbbiak a felszabaduló erőforrásaikat a növekedésbe allokálhatják, és viszonylag zavartalanul szaporodhatnak. Az ERH kérdése régóta foglalkoztatja a kutatókat, mert eddig több növényfaj esetében cáfolták, míg más esetben csak halvány bizonyítékot találtak az elmélet létezésére.

A nemzetközi kutatócsoport konkrét genetikai különbségeket talált az európai parlagfű és az eredeti észak-amerikai növények között. „Eredményeik szerint, miután a parlagfű megérkezett Európába, a védekezéssel, a növény növekedésével és a virágzási idővel kapcsolatos gének fejlődtek a legnagyobb mértékben. A metagenomikai vizsgálatok alapján pedig a növényeket megfertőző baktériumok is megváltoztak. Eredményeink összhangban vannak az ERH hipotézissel és valószínűleg sok más inváziós faj esetében is általános érvényűek lehetnek” – mondta a Qubitnek a növénybiológus.

A kutatócsoport és Poczai Péter munkáját a Luomus Trigger Grant, Systematic Research Fund, a Finn Akadémia és az iASK támogatta.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: