Vědci hledají příčinu odolnosti některých jedinců borovice lesní proti stresu suchem a hmyzími škůdci

Porosty borovice lesní jsou na území České republiky vystaveny extrémním přírodním podmínkám, např. vysokým teplotám vzduchu, nerovnoměrným a nízkým úhrnům srážek, napadení škůdci. Důsledkem je oslabení a často následně i odumírání stromů.

V českých lesích patří borovice lesní mezi druhou nejrozšířenější dřevinu s 16% podílem zastoupení, roste tak na celkové ploše 418 340 ha porostní půdy. Z hlediska ekologických nároků je výrazně světlomilnou dřevinou, netolerantní k zastínění (s výjimkou horských ekotypů). Z úrodnějších půd je v přirozených porostech vytlačena druhy tolerantnějšími k zastínění.

V přirozeném areálu se borovice lesní vyskytuje zejména na mělkých, sušších, chudých písčitých až kamenitých půdách, ale i na hadcích a vápencích. Na bažinných a rašelinných půdách obvykle roste borovice lesní hůře, mnohdy až zakrsle. Proto je borovice lesní hlavní nebo dokonce jedinou stromovitou dřevinou v oblastech, kde jiné dřeviny neobstojí. Vodu získává z větších hloubek, což umožňuje její růst i na extrémně suchých stanovištích.

Následkem několika period extrémně vysokých teplot v letních obdobích od roku 2015 spojených s výrazným srážkovým deficitem a poklesem hladiny podzemní vody byly borové lesy výrazně oslabeny a napadeny různými druhy houbových patogenů a podkorního hmyzu, např. lýkožroutem vrcholkovým (Ips acuminatus), lýkožroutem borovým (Ips sexdentatus) a krascem borovým (Phaenops cyanea).

Při působení nepříznivých podmínek vyvolaných abiotickými a biotickými činiteli aktivuje rostlina obranné mechanismy, které mohou způsobit fyziologické a molekulární změny. Mezi jednu z klíčových strategií rostlin, jak se přizpůsobit podmínkám působení stresu a vyrovnat se se změnami prostředí je citlivá regulace genové exprese*, která je úzce spjata s řadou procesů probíhajících na molekulární úrovni. Do obranných mechanismů jsou zapojeny geny spojené s tolerancí na stres rostlin, které kódují proteiny a enzymy chránící buňky přímo před stresem.

(* Genová exprese je proces, při kterém se genetická informace zakódovaná v konkrétním genu „proměňuje“ v určitou funkci.)

V současné době existují porosty borovice lesní, ve kterých se vyskytují jedinci silně napadení podkorním hmyzem společně s jedinci bez jakýchkoliv příznaků napadení. Vyvstává proto otázka, co je důvodem odolnosti těchto zdravých jedinců oproti jedincům napadených škůdci.

Na tuto otázku hledali odpověď vědci z útvaru Biologie a šlechtění lesních dřevin, VÚLHM, v. v. i., při řešení výzkumného projektu NAZV QK22020062 – „Identifikace přeživších jedinců lesních dřevin na kalamitních plochách, jejich záchrana a výzkum jejich rezistence“. První výsledky zveřejnili v článku Využití molekulárních analýz pro genetickou charakterizaci rezistentních jedinců borovice lesní, který vyšel v časopise Zprávy lesnického výzkumu 4/2024.

Problematice oslabení lesních porostů vlivem suchých period v předchozích letech a jejich následnému napadení podkorním hmyzem je věnována neustále velká pozornost. Práce vědců prezentuje míru zapojení obranných mechanismů v reakci na biotické poškození s využitím molekulárních analýz u skupin zdravých a poškozených jedinců borovice lesní rostoucích na dvou lokalitách ve středních Čechách.

Výchozím rostlinným materiálem pro molekulární analýzy byly čerstvě narašené jehlice borovice lesní. Vzorky vědci odebrali na dvou zájmových lokalitách, Stará Boleslav a Podbrahy, které jsou od sebe vzdáleny přibližně čtyři km. V porostech byly vybrány zdravé stromy bez známek poškození způsobených podkorním hmyzem a stromy poškozené žírem podkorního hmyzu. Za kontrolu byly vybrány pouze nenapadené stromy, přičemž „stresovanou“ skupinu tvořily stromy s maximální hustotou 0,15–0,2 pobytových znaků škůdce (např. závrtů) na dm2. Poškozené stromy na obou lokalitách byly dominantně napadeny krascem borovým. Odběr vzorků u zdravých (5 ks) a poškozených (5 ks) stromů proběhl na obou lokalitách v červnu 2023.

Vědci zjistili, že v rámci lokalit Stará Boleslav a Podbrahy dochází u poškozených skupin ke shodným trendům v relativní expresi u sedmi genů zapojených do odpovědi na stres způsobený zejména žírem krasce borového.

Na lokalitě Stará Boleslav vědci zaznamenali významné zvýšení relativních hladin exprese genu fenylalanin-amoniaklyázy (PAL) u skupiny poškozených jedinců borovice lesní ve srovnání s kontrolní skupinou, aktivita genu PAL je spojována se sekundárním metabolismem rostlin, zejména s dráhou biosyntézy ligninu a flavonoidů s tzv. fenylpropanoidní dráhou.

Prvotní získané poznatky o regulaci aktivity genů u sledovaných jedinců borovice lesní jsou významné vzhledem ke skutečnosti, že vzorky pocházejí přímo z porostů borovice lesní, na které neustále působí řada činitelů ovlivňující jejich růst a vývoj a uniformita vzorků v rámci skupiny zdravých nebo poškozených jedinců je značně nízká.

Článek Využití molekulárních analýz pro genetickou charakterizaci rezistentních jedinců borovice lesní je ke stažení zde: https://doi.org/10.59269/ZLV/2024/4/741

Autoři článku: Eva Pokorná, Pavlína Máchová, Johana Pechačová, Adam Véle, Martin Fulín; VÚLHM, v. v. i., e-mail: pokorna@vulhm.cz

Podle originálu připravil Jan Řezáč, VÚLHM, v. v. i., e-mail: rezac@vulhm.cz