Na neustále rostoucí seznam pozemských organismů, jimž genetici přečetli kompletní dědičnou informaci, přibyla jako velmi významná položka mšice kyjatka hrachová Acyrthosiphon pisum. Jak napovídá její jméno, saje tato drobná zeleně zbarvená mšice šťávy ze stonků a listů hrachu. Žije v početných koloniích a napadá i další motýlokvěté rostliny jako vikev, čočku, fazol, vojtěšku nebo jetel. Zemědělci a zahrádkáři proto kyjatku nemají v lásce. Vědci si ji však oblíbili jako laboratorního živočicha.
Záplava klonů Mšice vedou pozoruhodný život. V létě během vrcholné vegetační sezony klonují bezkřídlé samice mšic samy sebe, když produkují záplavu nových samiček z neoplozených vajíček. Jakmile začne být mšic na jednom místě příliš mnoho, vyprodukuje matka okřídlené klony, které se rozletí do okolí a dál se pak klonují na nových stanovištích. S příchodem kratších podzimních dnů se mezi mšicemi objeví samice a samci schopní páření. Samice naklade oplodněná vajíčka, která na rozdíl od svých rodičů přečkají bez úhony zimu. Zjara se z nich vyklube další pokolení samic, jež se začnou rozmnožovat jako klony. Za rok se tak stačí vystřídat kolem dvaceti generací mšic.
Mšice sají šťávy, které proudí listy a stonky rostlin. Ty jsou sice bohaté na cukry, ale chybí v nich další základní živiny, například životně důležité aminokyseliny. Jiní živočichové by na této dietě záhy uhynuli na podvýživu. Mšici před takovým koncem zachrání mikrobiální podnájemníci, jež hostí ve specializovaných buňkách těla. Bakterie Buchnera aphidicola vyrábí pro mšici nedostatkové živiny a na oplátku dostává cukry, jichž má mšice habaděj.
Mšice předává potomkům bakterii jako věno. Svým klonům ji vkládá do organismu přímo. Pro potomky, kteří jsou počati při podzimním páření samců a samic, ukládá matka bakterie do vajíčka. O klíčovém významu tohoto dědictví svědčí fakt, že někdy mšici zabije změna jediného písmene genetického kódu v DNA bakterie.
Kyjatka hrachová neprodělá ani na tom, když nabídne ve svém těle útočiště dalším bakteriím. Například bakterie Hamiltonella defensa působí v těle mšice jako bodyguard. Když se pokusí do těla mšice naklást vajíčka lumek, aby jeho larvy během vývoje mšici zaživa sežraly, bakterie larvy lumčíka zahubí. Bakterie Regiella insecticola zase plní roli zdravotnické služby. Mšice nakažené touto bakterií jsou výrazně odolnější k infekci smrtící houbou Pandora neophidis.
Co umí geny Dědičná informace kyjatky hrachové se skládá z bezmála půl miliardy písmen genetického kódu a uloženo je v ní asi 35 tisíc genů. To je o 10 tisíc více, než kolik se nachází v DNA člověka, a zhruba dvojnásobek ve srovnání s počtem genů jiných druhů hmyzu. Mšice si celou řadu genů „zazálohovala“. Vytvořila si jejich kopie a ty uložila do své DNA.
Rezervní geny využila k vývoji nových genů, díky kterým získala nové výhodné vlastnosti. Přídatné kopie umožňují také zvýšení výkonu jednotlivých genů. Právě tento dědičný potenciál zřejmě dovoluje mšicím tak zásadní proměny, jaké představuje přechod od letních klonovaných generací k podzimní generaci stvořené k námluvám.
V dědičné informaci mšice se nachází také důkladná genetická výbava pro identifikaci rostlin, na kterých najde mšice vhodnou potravu. Zároveň je mšice vybavena geny ke zneškodnění toxických látek, jejichž produkcí se proti ní napadená rostlina brání.
Kyjatkám hrachovým ale mnohé geny překvapivě chybí. Postrádají například řadu úseků dědičné informace důležitých pro správnou funkci imunitního systému. Snad je to genetická „úlitba“ mikrobiálním podnájemníkům, kterým se lépe daří v organismu s oslabenou imunitou. Symbiotické bakterie na oplátku chrání mšici proti chorobám i cizopasníkům. Je ale možné, že si kyjatky mohou dovolit chabý imunitní systém díky své úžasné plodnosti. Množí se tak rychle a masově, že je může ohrozit jen máloco.
Mšice postrádají i některé geny pro látkovou výměnu. Jde o metabolické procesy, které za hostitele vykonávají symbiotické bakterie. Kyjatka hrachová a bakterie Buchnera aphidicola si některé molekuly při metabolických procesech opakovaně předávají. Hrají jakýsi biochemický ping-pong, kdy mšice převezme molekulu od bakterie, upraví ji a pak ji předá zpět bakterii. Ta provede další dílčí úpravu molekuly a výsledný produkt biochemické reakce opět vrátí mšici.
Vědce překvapilo, že navzdory velmi dlouhému a těsnému soužití bakterie Buchnera aphidicola s mšicí kyjatkou došlo mezi oběma organismy jen výjimečně k výměně genů. Pár genů si však mšice od této bakterie přece jen vypůjčila. Ty jsou spuštěny v buňkách, ve kterých mšice hostí bakterii. Hostitel je zřejmě využívá pro služby, jež skýtá svým bakteriálním hostům. Zároveň si však udržuje s pomocí vypůjčených genů nad bakterií kontrolu, aby se v hostitelském organismus příliš „neroztahovala“.
Postřiky zaplatí výzkum Mšice není zdaleka prvním zástupcem hmyzu, jehož dědičnou informaci vědci přečetli. Kompletně je znám například genom bource morušového, mušky octomilky, brouka potemníka nebo včely medonosné. Všichni tito „přečtení“ představitelé hmyzí říše prodělávají během života složitý vývoj a v průběhu tzv. dokonalé proměny se zakuklí. Kyjatka hrachová je prvním „přečteným“ představitelem primitivnějších forem hmyzu, které prodělávají tzv. nedokonalou proměnu. Při ní se z vajíčka vyvíjí dospělec postupně přes řadu přechodných stadií, ale neprochází stadiem kukly.
Mšice patří k významným škůdcům zemědělských plodin a každoročně páchají na polích, v sadech i ve sklenících škody dosahující mnoha miliard dolarů. Kromě jiného přenášejí i původce nebezpečných chorob rostlin, například rostlinné viry.
To byl jeden z důvodů, proč se mezinárodní konsorcium The International Aphid Genomic Consortium rozhodlo pro přečtení genomu mšice kyjatky hrachové. Více než 350 vědců z 83 institucí v 18 zemích spojilo síly a prozkoumalo genom mšice i jejích bakteriálních podnájemníků. Kyjatka hrachová nepatří k nejhorším metlám polí. Vědci jsou však přesvědčeni, že poznatky o její DNA odhalí slabiny i hospodářsky mnohem významnějších druhů mšic. Například mšice zhoubné, která ničí úrodu obilí, nebo mšice broskvoňové, jež přenáší choroby na ovocné stromy a některé zemědělské plodiny. Britský entomolog Charles Godfray z University of Oxford je přesvědčen, že informace využitelné pro vývoj nových postřiků proti mšicím zaplatí náklad na přečtení DNA kyjatky už v nejbližší budoucnosti.
Souhrnné informace o genomu kyjatky hrachové přinesl prestižní vědecký časopis PLoS Biology. Dílčím otázkám týkajícím se genomu kyjatky věnoval celé speciální číslo časopis Insect Molecular Biology.
***
Škůdce pod mikroskopem
Mšice, která vysává živiny z listů a stonků luštěnin, se stala zájmovým objektem vědců. Ti nyní zjistili, že DNA kyjatky hrachové obsahuje téměř půl miliardy písmen genetického kódu a je v ní uloženo asi 35 000 genů. To je o 10 000 genů více, než má člověk, a zhruba dvojnásobek ve srovnání s počtem genů jiných druhů hmyzu.
Životní cyklus mšice
V létě během vrcholné vegetační sezony klonují bezkřídlé samice mšic samy sebe, když produkují záplavu nových samiček z neoplodněných vajíček. Jakmile začne být mšic na jednom místě příliš mnoho, vyprodukuje matka okřídlené klony, které se rozletí do okolí a dál se pak klonují na nových stanovištích.
S příchodem kratších podzimních dnů se mezi mšicemi objeví samice a samci schopní páření. Samice naklade oplodněná vajíčka, která na rozdíl od svých rodičů přečkají bez úhony zimu. Zjara se z nich vyklube další pokolení samic, jež se začnou rozmnožovat jako klony.
Mšice získává dostatek cukrů z listů a stonků, ale nedovede si vytvořit životně důležité aminokyseliny. V tom jí pomáhá bakterie Buchnera aphidicola (zelená). Bakterie Regiella insecticola (červená) zase plní roli zdravotnické služby. Mšice hostící tuto bakterii jsou výrazně odolnější k infekci smrtící houbou Pandora neophidis.
O autorovi| Autor je profesorem České zemědělské univerzity a pracuje ve Výzkumném ústavu živočišné výroby v Praze-Uhříněvsi
