Tizennyolctól száznyolcig

A látonyák kromoszómáinak nyomában 

Egy apró iszapnövény gyökércsúcsának sejtjeiben néha tizennyolc, máskor száznyolc kromoszómát találunk. A látonyák között ennyire különböző kromoszómaszámok is előfordulnak, és ez fontos támpontot adhat evolúciós történetük megértéséhez. Az Acta Societatis Botanicorum Poloniae folyóiratban 2015-ben megjelent tanulmányunkban tizenhárom látonyafaj tizenhét populációjának kromoszómáit vizsgáltuk. Hét faj esetében elsőként közöltünk kromoszómaszámot, köztük a magyar látonyáét is.

A legnagyobb meglepetést a mediterrán Elatine campylosperma okozta: mindkét vizsgált állományában 18 kromoszómát számoltunk. Ezzel a nemzetségben először mutattunk ki diploid, vagyis két alapkészlettel rendelkező fajt. A többi vizsgált látonya négy, hat vagy tizenkét alapkészletet hordozott. Eredményeink szerint a kromoszómakészletek megsokszorozódása jelentős szerepet játszhatott e növények evolúciójában.

A látonyák (Elatine) többnyire kis termetű, rövid életű növények, amelyek vízben és nedves talajon egyaránt fejlődhetnek. Megjelenésük erősen függ a környezeti feltételektől, ezért egy-egy élőhelyen hosszú ideig rejtve maradhatnak a kutatók előtt. Ritkaságuk, nehéz meghatározhatóságuk és hiányosan ismert elterjedésük miatt többféle bizonyítékot érdemes felhasználnunk a fajok és rokonsági kapcsolataik vizsgálatához.

A kromoszómaszám ilyen, a külső megjelenéstől eltérő tulajdonság. Korábban azonban csak a nemzetség néhány tagjáról álltak rendelkezésre adatok, és egyes közlések ellentmondtak egymásnak. A látonyák kromoszómái nagyon kicsik, ezért megszámlálásukhoz különösen jó minőségű preparátumokra van szükség. Vizsgálatunkkal megbízható, mikroszkópos képekkel dokumentált adatokat kívántunk adni a nemzetség további rendszertani és rokonsági kutatásaihoz.

A kromoszómák a sejtek örökítőanyagát hordozó képletek. Az alapkészlet kromoszómaszámát x-szel jelöljük; a látonyáknál adataink az x = 9 értéket támasztották alá. Két ilyen készlet összesen 18, négy 36, hat 54, tizenkettő pedig 108 kromoszómát jelent. A kettőnél több alapkészlettel rendelkező növényeket poliploidoknak nevezzük. A négykészletűek tetraploidok, a hatkészletűek hexaploidok, a tizenkét készletűek dodekaploidok.

A cikkben használt 2n jelölés a testi sejtek teljes kromoszómaszámát adja meg. Nem azt jelenti, hogy az adott sejt mindig két alapkészletet tartalmaz: a magyar látonya esetében például 2n = 4x = 36. E növény testi sejtjeiben tehát négy, egyenként kilenc kromoszómából álló alapkészlet van. Az alapkészlet és a testi sejtek kromoszómaszámának megkülönböztetése segít helyesen értelmezni a különböző látonyafajok adatait.

A vizsgált növények Európából, Ázsiából és Észak-Amerikából származtak. A terepen gyűjtött növényeket Debrecenben és Szczecinben neveltük, majd magjaikból ellenőrzött körülmények között új növényeket neveltünk a kromoszómavizsgálathoz. A fiatal gyökércsúcsokat használtuk, mert ott sok, éppen osztódó sejt található. Az osztódás megfelelő szakaszában a kromoszómák tömör, elkülöníthető képletekként vizsgálhatók.

A gyökércsúcsokat előkezeltük és rögzítettük, majd a szövetek fellazításával és óvatos szétnyomásával készítettünk mikroszkópos preparátumokat. A DNS-t DAPI nevű fluoreszcens festékkel jelöltük, és a kromoszómákat fluoreszcens mikroszkóppal fényképeztük. Fajonként, illetve populációnként mintegy ötven preparátumot készítettünk és értékeltünk; az eredmények megerősítéséhez harminc jól szétterült, osztódásban lévő sejt kromoszómáit számoltuk meg.

1. ábra. A vizsgált látonyák kromoszómái fluoreszcens mikroszkópos felvételeken. A DNS-hez kötődő DAPI festék kék jelzést ad; a számozás a kromoszómák megszámlálását segíti. A léptékek 5 mikrométert jelölnek. A képek sorrendje: a: Elatine campylosperma, 18; b: E. alsinastrum, 36; c: E. brochonii, 36; d: E. californica, 36; e: E. hungarica, 36; f: E. hydropiper, 36; g: E. orthosperma, 36; h: E. ambigua, 54; i: E. brachysperma, 54; j: E. gussonei, 54; k: E. macropoda, 54; l: E. triandra, 54; m: E. hexandra, 108 kromoszóma. Valamennyi érték a testi sejtekben számolt 2n kromoszómaszám.

A tizenhárom vizsgált faj közül hatnál 36, ötnél 54 kromoszómát találtunk. A 18 kromoszómás Elatine campylosperma mellett a sor másik végén az E. hexandra állt: spanyolországi és lengyelországi mintáiban egyaránt 108 kromoszómát számoltunk. Azoknál a fajoknál, amelyekből több populációt is vizsgáltunk, saját anyagunkban nem találtunk populációk közötti kromoszómaszám-különbséget.

Az elsőként közölt hét faj közé a magyar látonya (Elatine hungarica), az E. ambigua, az E. brachysperma, az E. brochonii, az E. californica, az E. campylosperma és az E. orthosperma tartozott. A magyar látonya konyári állományából származó növény 36 kromoszómásnak bizonyult. A hazai minták között a tiszagyendai E. hydropiper ugyancsak 36, a Karcagról származó háromporzós látonya (E. triandra) viszont 54 kromoszómát hordozott.

Az új eredmények a régebbi közlések értelmezését is segítették. Az Elatine hydropiper esetében korábban 40-es kromoszómaszámot is közöltek, míg más vizsgálatok 36-ot találtak; saját eredményünk az utóbbit erősítette meg. Az E. macropoda esetében a régi 40-es adattal szemben 54-et számoltunk. Ezek az eltérések további ellenőrzést igényelnek: a régi adatokat nem lehet pusztán az új számolások alapján minden populációra érvénytelennek tekinteni.

A nagyon apró kromoszómák egymásra csúszhatnak, vagy a preparátumkészítés során a teljes készlet egy része kimaradhat az értékelhető látómezőből. Ilyenkor a számolás bizonytalanná válik. Ugyanakkor valódi biológiai különbség is állhat két populáció eltérő kromoszómaszáma mögött. Az Elatine hexandra esetében például a szakirodalomban 72 és 108 kromoszómás adatok is szerepeltek. Saját mintáink az utóbbi értéket adták, de nem zártuk ki más kromoszómaszámú állományok létezését.

A poliploidizáció többféleképpen történhet. Az autopoliploidok kialakulásakor ugyanazon faj kromoszómakészlete többszöröződik meg. Az allopoliploidok eredetében különböző fajok közötti kereszteződés és a kromoszómakészletek megsokszorozódása játszik szerepet. A puszta kromoszómaszámból azonban nem dönthető el, melyik folyamat vezetett egy adott látonyafaj kialakulásához. Ehhez további genetikai és sejttani vizsgálatokra van szükség.

A 18 kromoszómás Elatine campylosperma felismerése új kérdést is felvetett: vajon rokonsági vonala szerepet játszhatott-e valamely poliploid látonya eredetében? Tanulmányunk erre még nem adott választ. A kromoszómaszámok önmagukban nem rajzolják meg a fajok családfáját, de olyan különbségeket tárnak fel, amelyeket a rokonsági vizsgálatokban figyelembe kell vennünk. A kis kromoszómák miatt azok részletes típusait és szerkezetét sem tudtuk megbízhatóan elkülöníteni.

Az eredmények földrajzi összefüggései sem követtek egyszerű szabályt. A mérsékelt övi magyar látonya, az Elatine hydropiper és az E. orthosperma 36 kromoszómás volt, míg két mediterrán faj, az E. gussonei és az E. macropoda 54 kromoszómát hordozott. A minták száma és a rokonsági kapcsolatok ismeretének hiánya miatt ebből nem vonhattunk le általános éghajlati következtetést. A földrajzi mintázat értelmezéséhez a leszármazási kapcsolatokat is fel kell tárnunk.

Vizsgálatunk megerősítette a kilences kromoszóma-alapszámot, és megmutatta, hogy a látonyák között a négy- és hatkészletű fajok egyaránt gyakoriak. A hét első közlés és a diploid faj felismerése bővítette a nemzetségről rendelkezésre álló ismereteinket. Az apró növények külső hasonlósága mögött így az örökítőanyag szerveződésének jelentős különbségei váltak láthatóvá. Ezeket a morfológiai és genetikai adatokkal együtt értékelve juthatunk közelebb a látonyák evolúciós történetéhez. 

Hivatkozás

Kalinka A., Sramkó G., Horváth O., Molnár V. A. & Popiela A. 2015: Chromosome numbers of selected species of Elatine L. (Elatinaceae). Acta Societatis Botanicorum Poloniae 84(4): 413–417.