„Fényes” sikerek a növénybiológiában

A fény a növények számára információ, amely a génállomány mintegy húsz százalékának aktivitását, kifejeződését képes közvetlenül befolyásolni – tudtuk meg Nagy Ferenc Széchenyi-díjas biológustól, az MTA levelező tagjától, az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpont Növénybiológiai Intézet tudományos tanácsadójától, igazgatóhelyettesétől.

Nagy Ferenc

nemrég ünnepelte hatvanadik születésnapját. 1977-ben került az MTA Szegedi Biológiai Kutatóközpontjába, azóta ott dolgozik, amellett persze, hogy számos külföldi intézetben is kutatott. Március 15-én a Magyar Érdemrend középkeresztje kitüntetést vehette át a köztársasági elnöktől. A biológussal kutatásairól beszélgettünk.

– Pályája korai éveitől azzal foglalkozott, hogy miként képesek alkalmazkodni a növények a környezetükhöz. Melyek a legfontosabb befolyásoló tényezők?

– A hőmérséklet, a fény, a tápanyag és a kórokozók, mind-mind befolyásolják valamiképpen a növények méretét, formáját, virágzását azaz fenotípusukat. Ezen tényezők közül engem leginkább az foglalkoztat és foglalkoztatott, hogy a fényviszonyok változása milyen molekuláris események révén képes erre.

– A fotoszintézis miatt?

– A fény kétségtelenül elengedhetetlen a fotoszintézishez, ahhoz a biokémiai reakciólánchoz, ami által a növények megkötik a levegő szén-dioxidját, de a fény ennél sokkal többet jelent számukra. A fény a növények életében nem csupán energiaforrás, hanem egyben információ is, ami alapján értelmezik azt, hogy milyen környezetben vannak, és így ennek megfelelően „viselkednek”. A fény tehát nagyon leegyszerűsítve az a környezeti tényező, ami erősen befolyásolja a már említett fenotípust, megjelenési formát. A fény mennyiségétől és milyenségétől függ, hogy például magas, nem elágazó vagy bokros lesz a növény, és persze ez befolyásolja a virágzás idejét is. Mi azt kutatjuk, melyek azok az érzékelők, fotoreceptorok, amik képessé teszik a növényeket arra, hogy értelmezni tudják a környezetükben lévő fényviszonyokat. A napfénynek (fehér fény) a növények csak egy részét látják, nevezetesen az ultraibolya-sugárzást (UV-B), a kéket (UV-A), valamint a vöröst és a távoli-vöröst. A fény a növények számára egy bonyolult fizikai entitás, melynek tulajdonságait (hullámhossz, intenzitás, irány és tartam) a növények képesek „mérni”, aminek egyik legkézenfekvőbb példája, hogy minden növény a fény felé nő.

– Mely területre fókuszálnak?

– Jelen tudásunk szerint mintegy 15 fotoreceptor található a növényekben, egy az UV-B, négy-öt az UV-A/kék és a maradék pedig a vörös-távoli-vörös tartományra érzékeny. Az elmúlt tíz évben a két szélső pont, azaz az ultraibolyát és a vörös-távoli-vöröst érzékelő fotoreceptorokkal foglalkoztunk, és azt vizsgáltuk, hogy miként alakul a fény a gének működését szabályozó biokémiai jellé, miként működik a fény által szabályozott jelátviteli lánc, amit mi fenotípusként látunk.

A belső biológiai óra

– A fénnyel szoros összefüggésben áll a cirkadián óra, amit szintén vizsgálnak.

– Igen, az élőlényekben működik egy belső biológiai óra, mely lehetővé teszi, hogy az időt mérni tudják, és ez alapján képesek legyenek harmonizálni életfolyamataikat a környezettel. Ennek feltétele, hogy a belső biológiai óra által mért idő összhangban legyen a külső abszolút idővel. Ezt legegyszerűbben úgy tudnám illusztrálni, hogy ha az ébresztés ideje az óráján magyar idő szerint reggel 6-ra van beállítva, annak nem sok hasznát veszi, amennyiben elfelejti az óráját átállítani, mielőtt New Yorkba utazik. Nos, mi az óránkat igazítjuk a megfelelő időzónához, míg a növények ugyanezt a fény és a hőmérséklet alapján nap mint nap megteszik, azaz összhangba hozzák a belső, úgynevezett cirkadián órájukat a külső idővel.

Genetikai fénykapcsolók

– Hogyan érzi, mennyire áll a figyelem középpontjában jelenleg a növénybiológia?

– Ma a növénybiológia egyáltalán nem mellőzött terület, hiszen a világ élelmezésének kérdése folyamatosan napirenden van. Egy biztos, a jelenlegi technológiai színvonal és elosztási rendszer nem képes ellátni hosszútávon élelmiszerrel a Föld lakóit. Különböző módszerek állnak rendelkezésre a terméshozam növelésére, így például a sokat emlegetett génmódosítás is, de annak eldöntése, hogy a jelenleg rendelkezésre álló megközelítések közül melyik lesz az, ami megoldja ezt a problémát, nem teljesen egyértelmű. Túlmenően a világ élelmiszer-ellátásának kérdésén a kutató számára a növények egyébként számos más szempontból is érdekesek, például amellett, hogy látják és mérik a fényt, nagyon jó az alkalmazkodó (adaptációs) képességük, hiszen nem képesek helyváltoztató mozgásra. Gondoljon bele, nyaranta egy átlagos nap folyamán a növényeknek napi 30 Celsius-fok hőmérsékletingadozást kell elviselniük anélkül, hogy bekapcsolnák a légkondícionálást, vagy melegebb ruhát vennének fel.

– Ön a Növényi Foto- és Kronobiológiai Csoportot vezeti az SZBK-ban, adódik lehetőség az eredményeik gyakorlati hasznosítására is?

– Igen, bekapcsolódtunk több olyan alkalmazott kutatásba, amelyek keretében olyan kísérleti megközelítéseket vizsgálunk, amelyek más tudományterület képviselőinek is érdekesek lehetnek. Így például most

Kemény Lajos

professzorral, az SZTE Bőrgyógyászati Klinika vezetőjével egy TÁMOP-pályázat keretén belül vizsgáljuk, hogy miként lehetne a növényi fotobiológiai kutatások eredményeit hasznosítani a bőrgyógyászatban. Ennek során azt kutatjuk, hogy a növényekben megismert fotoreceptorokat tudjuk-e úgy módosítani, majd emlőssejtekben működésre bírni, hogy ezáltal fényfüggővé tegyük egyes gének aktiválódását az emberi bőrben. Ez nem sci-fi, hiszen ilyen „növényi fénykapcsolókat” alkalmazva elértük, hogy csirkeembrióban az érfejlődést vörösfény-függő módon tudtuk irányítani.