19. april 2016

4. Planters genetik og reproduktion

De genetiske byggesten i alle levende organismer er stort set ens, og derfor kan man næsten uden undtagelse få gener fra den ene gruppe til at ”virke” i den anden.

De gener, der anvendes, når man genmodificerer planter, kommer således oftest fra mikroorganismer, såsom bakterier. Planter besidder dog visse særkender med hensyn til deres genetik og reproduktionssystem.

Den helt dominerende reproduktionsform hos planter er ligesom hos dyr seksuel reproduktion. I genetisk optik er det afgørende ved seksuel reproduktion, at generne "blandes" - resultatet af seksuel reproduktion er med andre ord en blanding af forældrenes gener. Evolutionært er denne "opblanding" af generne helt afgørende. Da blanding af generne aldrig er sket på helt samme måde hos forskellige individer i en søskendeflok (dog er enæggede tvillinger en undtagelse) medfører den stor variation mellem individerne i en population, hvilket gør populationen mere robust overfor forandringer i miljøet (såsom ændringer i klima og andre former for stress). Man kan for eksempel forestille sig, at en fuldstændig ens population vil reagere stort set ens på en bestemt forandring. Hvis forandringen er fatal for ét individ, vil den også være det for de øvrige. I en population der genetisk set er mere varieret vil chancerne være større for, at mindst ét individ besidder modstandsdygtighed mod en given forandring. Genetisk variation giver sig også ofte udtryk i mere heterozygote individer, det vil sige individer, hvor de to varianter af et gen, man har modtaget fra sine forældre, er forskellige. Der gør, at man sjældnere vil opleve, at begge varianter er defekte (for eksempel som resultat af en mutation). Det er netop dette, man populært forstår ved indavl: I en population, der har tilpasset sig seksuel reproduktion, kan der let "gemme sig" defekte gener, i tilfælde hvor det er nok med ét velfungerende gen; men de defekte gener træder frem, hvis afkommet modtager to sådanne defekte gener. Endelig vil genetisk forskellige individer alt andet lige sprede sig mere i miljøet og dermed konkurrere mindre indbyrdes om de samme resourcer. Variationen opstår dels ved overkrydsningen under meiose (dannelse af kønsceller), hvor gener på tilfældige steder i kromosomet bytter plads mellem forældrekromosomerne, dels ved selve parringen mellem to forskellige planter.

Planters hanlige kønsorganer er typisk støvdragerne (eller støvknappene), der udvikler pollen svarende til dyrs sædceller, mens de hunlige kønsorganer er frugtanlæggene, hvis ydre del typisk kan ses som støvfanget, og som ender i frøanlæg svarende til dyrs ægceller. Når pollen fra støvdragerne lander på støvfanget "spirer" de, idet en af pollenkornets celler bliver til et langt rør, som den hanlige kønscelle kan vandre ned igennem og befrugte frøanlægget. Denne proces forudsætter dog en indledende udvælgelsesproces: Støvfanget lader kun pollenkorn spire og befrugte frøanlægget, hvis pollenkornet kommer fra den rigtige plante - det vil ofte sige en plante af samme art. Denne udvælgelsesproces sker ved hjælp af en biokemisk genkendelsesmekanisme. Mange planter er i stand til gennem dette system, selv inden for arten, at udvælge pollen fra de individer, der er tilpas fjernt beslægtet med dem, og således undgå for høj grad af indavl. Denne slags planter kalder man for fremmedbestøvere. Men i modsætning til hvad der gælder i dyreriget, er der i planteriget stor variation netop hvad reproduktionsmåden angår. Mange planter er således selvbestøvede - det vil sige, at de er i stand til at befrugte sig selv. Resultatet kan være en population med genetisk set meget ens individer - og resulterer i de evolutionære ulemper, der blev omtalt oven for. Man kan imidlertid forestille sig, at for planter, der vokser langt fra andre individer, kan selvbestøvning være en stor fordel.

Det fremhæver en anden iøjnefaldende forskel på dyrs og planters reproduktionsmåde: Da planter er stationære, og derfor ikke kan bevæge sig hen til en mage for at parre sig, har de fremmedbestøvede planter udviklet andre måder, hvorpå de kan få overført deres kønsceller. Nogle planter udsender helt enkelt enorme mængder af pollen, for dermed at forøge chancen for befrugtning. Andre har udviklet måder, hvorpå de kan tiltrække andre organismer, der kan overføre pollen. Blomsters farve, indhold af sød nektar og duft er i høj grad et resultat af konkurrence om bier, biller osv., der skal overføre pollen til artsfæller. Blandt mere primitive planter såsom bregner er den hanlige kønscelle forsynet med en slags svingtråd så cellen kan "svømme" hen til de hunlige kønsceller.

Mens selvbestøvede arter opnår en vis variation ved at gennemføre overkrydsning under meiosen (dannelse af kønsceller), findes der i planteriget mange eksempler på vegetativ formering, hvor planten formerer sig helt uden seksuel forplantning. Anemoners rodløbere og rodknolde såsom kartofler er eksempler på vegetativ formering. I disse tilfælde bliver nye planter genetisk set til kloner af moderplanten. Derfor kan de naturligvis sagtens udvikle sig forskelligt, for eksempel hvis de er udsat for forskellige vejrforhold.

Planters evne til vegetativ formering er i nogle tilfælde blevet udnyttet til at fremavle bestemte kvaliteter. Det gælder for eksempel banan, agurk og vandmelon, som man har gjort triploide (tre kromosomsæt i hver celle) ved at krydse en diploid variant (to kromosomsæt) og en tetraploid variant (fire kromosomsæt). Det har gjort dem sterile, hvorved man undgår de generende kerner. Når triploide celler skal danne kønsceller ved meiose sker der nemlig en ujævn fordeling af kromosomer (to kopier af et givet kromosom i nogle kønsceller, en i andre). Hvis sådan to kønsceller smelter sammen, dannes der frø med et meget ujævnt antal kromosomer, og planten der spirer frem fra et sådant frø er ofte steril og kan måske ikke udvikle sig. I stedet kan man fremavle nye planter ved hjælp af for eksempel stiklingeformering eller podning.

Hos planter forekommer ofte levedygtige og frugtbare planter, der naturligt eller kunstigt har gennemgået kromosomfordobling. Det gælder for eksempel både brødhvede og også den moderne afgrøde Triticale, en kunstig hybrid mellem hvede og rug, der er heksaploid (seks kromosomsæt i hver celle); den anvendes til foder. Sådanne polyploide varianter er ofte større af vækst end forældrene, hvilket kan være fordelagtigt i afgrøder.


Ukønnet formering

Der findes også eksempler på ukønnet formering blandt visse dyr, men her kaldes fænomenet for "jomfrufødsel" (eller "parthenogenese"). For eksempel er de fleste bier i en bikube genetisk set kloner af bidronningen.