Σύμφωνα με την ελληνική μυθολογία, τα κόκκινα τριαντάφυλλα εμφανίστηκαν για πρώτη φορά όταν η Αφροδίτη τρύπησε το πόδι της σε ένα αγκάθι και έπεσε αίμα σε ένα λευκό τριαντάφυλλο. Από τότε, τα τριαντάφυλλα με τα αγκάθια τους έχουν αιχμαλωτίσει τη φαντασία αμέτρητων ποιητών αλλά και παθιασμένων εραστών.
Ωστόσο, δεν είναι μόνο το τριαντάφυλλο που διαθέτει αυτόν τον αμυντικό μηχανισμό. Και άλλα λουλούδια και φυτά, όπως τα λουλούδια της αράχνης, τα βάτα, τα φραγκόσυκα, οι ντομάτες, οι μελιτζάνες, το κριθάρι και το ρύζι έχουν αγκάθια. Τα φραγκόσυκα υπάρχουν εδώ και τουλάχιστον 400 εκατομμύρια χρόνια, άλλοτε με αγκάθια και άλλοτε χωρίς. Αντίστοιχα ένα από τα πιο διαφορετικά γένη φυτών, γνωστό ως Solanum - που περιλαμβάνει καλλιέργειες όπως πατάτες, ντομάτες και μελιτζάνες – απέκτησε για πρώτη φορά αγκάθια πριν από 6 εκατομμύρια χρόνια. Σήμερα, το γένος έχει περισσότερα από 1.000 είδη που εμφανίζονται σε όλο τον κόσμο, με περίπου 400 από αυτά να φέρουν αγκάθια, σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο της Γιούτα.
Το διαχρονικό ερώτημα που απασχολούσε τους ερευνητές λοιπόν, ήταν πώς μπορούσαν όλα αυτά τα είδη, πολλά από τα οποία ακολούθησαν διαφορετική εξελικτική πορεία, να φέρουν το ίδιο ακανθώδες χαρακτηριστικό;
Τώρα μια διεθνής ομάδα ερευνητών στο Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) στη Ν. Υόρκη βρήκε την απάντηση στο DNA των φυτών, και συγκεκριμένα σε μια αρχαία οικογένεια γονιδίων που είναι υπεύθυνη για την εμφάνιση των αγκαθιών σε όλες τις μορφές.
Η μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Science, όχι μόνο ανοίγει δρόμο στους επιστήμονες που θέλουν να δημιουργήσουν ποικιλίες φυτών χωρίς αγκάθια, αλλά παρέχει επίσης μια εικόνα για την εξελικτική ιστορία φυτών διαφορετικού γένους, λένε οι ειδικοί.
Όταν ένα κοινό χαρακτηριστικό, όπως τα αγκάθια, εμφανίζεται ανεξάρτητα σε διαφορετικές γενεαλογίες και είδη, αυτό ονομάζεται συγκλίνουσα εξέλιξη και συμβαίνει γιατί τα είδη τείνουν να προσαρμόζονται με παρόμοιο τρόπο σε συγκεκριμένες περιβαλλοντικές ανάγκες. Τα φτερά είναι ένα άλλο παράδειγμα ενός χαρακτηριστικού που εξελίχθηκε με αυτόν τον τρόπο μεταξύ διαφορετικών ειδών πουλιών, καθώς και άλλων ζώων όπως οι νυχτερίδες ή και ορισμένοι τύποι σκίουρων που έχουν δομή που μοιάζει με φτερά, δήλωσε ο Zachary Lippman, καθηγητής Γενετικής και συν-συγγραφέας της μελέτης. Τα αγκάθια είναι μια εξελιγμένη άμυνα απέναντι στα φυτοφάγα ζώα και μπορούν επίσης να βοηθήσουν στην ανάπτυξη, στον ανταγωνισμό των φυτών και στην κατακράτηση νερού, σύμφωνα με τη μελέτη.
Ο μεταδιδάκτορας του εργαστηρίου CSHL, James Satterlee, σκέφτηκε να διερευνήσει τα αγκάθια όταν περπατούσε σε ένα χωράφι όπου ο επιβλέπων καθηγητής του Zachary Lippman, καλλιεργεί εκατοντάδες ντομάτες, πατάτες και μελιτζάνες.
Μαζί με συναδέλφους του στην Ισπανία, ο Satterlee άρχισε να αναλύει τις μελιτζάνες και σιγά-σιγά οδηγήθηκε σε μια οικογένεια γονιδίων που ονομάζεται LONELY GUY (LOG), τα οποία είναι συνήθως υπεύθυνα για την παραγωγή μιας ορμόνης, της κυτοκινίνης που συνεισφέρει στην κυτταροδιαίρεση και επέκταση των κυττάρων. Ο Satterlee ανακάλυψε ότι ορισμένες μεταλλαγές στα LOG εξαλείφουν επίσης τα αγκάθια στις μελιτζάνες και αναρωτήθηκε αν τα γονίδια LOG ευθύνονται για την εμφάνιση ή την εξαφάνιση των αγκαθιών μέσα στα τελευταία εκατομμύρια χρόνια.
Η ερευνητική ομάδα άρχισε να εξετάζει προηγούμενες μελέτες και να έρχεται σε επαφή με συναδέλφους της σε όλο τον κόσμο. Ο Satterlee και ο Lippman συνεργάστηκαν με τον Βοτανικό Κήπο της Νέας Υόρκης για να εξετάσουν δείγματα φυτών με και χωρίς αγκάθια.
Οι συνεργάτες του Πανεπιστημίου Cornell χρησιμοποίησαν την επεξεργασία γονιδιώματος για να εξαλείψουν τα αγκάθια στις αυστραλιανές σταφίδες της ερήμου. Ένας άλλος συνάδελφος στη Γαλλία κατέστειλε την ανάπτυξη αγκαθιών στα τριαντάφυλλα και συνολικά, η ερευνητική ομάδα κατέληξε να συσχετίσει τα αγκάθια με γονίδια της οικογένειας LOG σε περίπου 20 είδη.
Αυτή η ανακάλυψη προσθέτει ένα πολύτιμο ‘εργαλείο’ στους ερευνητές που εξετάζουν το μέγεθος της προστασίας που προσφέρουν τα αγκάθια έναντι των φυτοφάγων ζώων. Αυτό το επίπεδο άμυνας ήταν προηγουμένως δύσκολο να αξιολογηθεί, καθώς η αφαίρεση των αγκαθιών από τα φυτά με το χέρι για να ελεγχθεί αν είναι πιο ευάλωτα χωρίς αυτά βλάπτει τον ιστό και μπορεί να θέσει σε κίνδυνο την υγεία των φυτών. Επίσης, πριν από αυτή την ανακάλυψη, μια άλλη μέθοδος εξαφάνισης των αγκαθιών από τα φυτά ήταν η προσπάθεια διασταύρωσής τους με μια άλλη ποικιλία που είχε χάσει τα αγκάθια της με φυσικό τρόπο, όπως συμβαίνει με ορισμένα είδη τριαντάφυλλων.
Αλλά τώρα που εντοπίστηκαν τα γονίδια που ευθύνονται για τα αγκάθια, οι επιστήμονες μπορούν να τα καταστείλουν χρησιμοποιώντας τεχνικές επεξεργασίας γονιδιώματος όπως το CRISPR, μια μέθοδο που χρησιμοποιούν οι επιστήμονες για την τροποποίηση του DNA των ζωντανών οργανισμών. Η στοχευμένη γονιδιακή επεξεργασία μπορεί να δημιουργήσει περισσότερες ποικιλίες με ευκολία και δεν επηρεάζει την ανάπτυξη του φυτού και την παραγωγή καρπών.
«Αυτή η μελέτη όχι μόνο μας λέει περισσότερα για την εξέλιξη των αγκαθιών, αλλά μας παρέχει επίσης πληροφορίες για τη μηχανική του τρόπου σχεδιασμού αναπτυξιακών οδών των φυτών για γεωργική βελτίωση», δήλωσε η Vivian Irish, φυτοβιολόγος και καθηγήτρια στο τμήμα του Πανεπιστημίου Yale. Για γεωργικούς σκοπούς, η αφαίρεση των αγκαθιών θα μπορούσε να διευκολύνει τη συγκομιδή και να ανοίξει το δρόμο για την εμφάνιση λιγότερο γνωστών προϊόντων στα σούπερ μάρκετ.
Ένα τέτοιο παράδειγμα που χρησιμοποιούν οι συγγραφείς είναι οι σταφίδες της ερήμου, οι οποίες είναι μούρα που καλλιεργούνται σε αγκαθωτούς θάμνους στην Αυστραλία. Με την αφαίρεση των αγκαθιών, το μούρο θα μπορούσε να καλλιεργηθεί με πολύ μεγαλύτερη ευκολία και να μοιάζει περισσότερο με τα κοινά μούρα του παντοπωλείου όπως τα βατόμουρα και οι φράουλες, είπε ο Lippman.
