![Zahlavi](/export/sites/avcr.cz/.content/galerie-obrazku/aktuality/2019/TZ-evoluce-PIN-Obr2.jpg_1987258066.jpg)
Hormonální systém řídící růst rostlin má prastarý původ, ukázal výzkum
27. 11. 2019
Jak se vyvinul jeden z nejdůmyslnějších systémů, který ovlivňuje růst rostlin a jejich reakce na podněty? Jak se v evolučním „dávnověku“ transportoval zásadní rostlinný hormon auxin? To zkoumali vědci z Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR.
Na výzkumu spolupracovali s odborníky z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy, brněnského institutu CEITEC, Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum a zahraničních institucí z několika evropských zemí. Projekt vedl profesor Jiří Friml – český rodák působící nyní v Rakousku, který letos získal Cenu Neuron za svou celoživotní vědeckou práci v oboru rostlinných hormonů.
Auxin ovlivňuje i ohýbání stonků
Auxin je dominantním regulátorem růstu vyšších rostlin. Jejich buňky si tento hormon předávají prostřednictvím několika bílkovin. Ty se vyskytují rovněž u řas a nyní tým českých a zahraničních vědců prokázal, že také u nich dokážou přenášet auxin. Molekulární systém zajišťující působení auxinu tedy začal vznikat ještě před tím, než se z řas vyvinuly vyšší rostliny. Výsledky studie publikoval před dvěma týdny vysoce prestižní odborný časopis Nature Plants.
Stejně jako lidé, také rostliny mají své hormony, tedy regulační látky ovlivňující fyziologické reakce i další životní pochody. Jedním z nejdůležitějších rostlinných hormonů je auxin. Kontroluje především růst a vývoj – ohyb stonků za světlem či kořenů směrem dolů, prodlužování buněk, zakládání postranních kořenů i nadzemních orgánů a podobně.
Auxin je neustále v pohybu. Specializované bílkoviny transportují jeho molekuly mezi buňkami, čímž v rostlině vytvářejí směrované toky tohoto hormonu a oblasti s jeho zvýšenou nebo sníženou koncentrací. Právě toky auxinu a jeho hladiny v konkrétních místech rozhodují o reakci rostliny.
Základem výzkumu byla půdní řasa
Jak se ale takový důmyslný systém vyvinul během evoluce? Autoři studie v Nature Plants se zaměřili na bílkoviny zvané PIN. Ty u cévnatých rostlin tvoří asi desetičlennou rodinu, přenášejí auxin ven z buněk a jsou nezbytné pro správný růst a vývoj. Nedávno se zjistilo, že hrají důležitou roli také u druhé evoluční větve vyšších rostlin, u mechorostů.
Buňky tabáku, produkující řasovou bílkovinu PIN, protože do nich vědci vnesli příslušný gen z řasy. Bílkovinu označuje zelený fluorescenční protein
Nyní šli vědci ještě hlouběji do evoluční minulosti. Studovali běžnou půdní vláknitou řasu Klebsormidium flaccidum a ukázali, že její bílkovina PIN funguje podobně jako příbuzné bílkoviny cévnatých rostlin: taktéž transportuje auxin ven z buněk a vyskytuje se hlavně v plazmatické membráně, která odděluje buňku od okolí. Z řas příbuzných rodu Klebsormidium se před půl miliardou let vyvinuly vyšší rostliny a je zřejmé, že bílkoviny PIN – nezbytné pro hormonální působení auxinu – měly již jejich řasové předchůdkyně.
„Funkce PIN nejsou u různých skupin řas a vyšších rostlin zcela totožné, v některých ohledech se liší. Bude fascinující v budoucnu odhalovat, jak se role těchto bílkovin vyvíjela během evoluce,“ říká spoluautor výzkumu doktor Jan Petrášek.
Sázka na nejistotu
Klebsormidium má na rozdíl od cévnatých rostlin pouze jednu bílkovinu PIN. Její funkce by ovšem bylo velmi komplikované studovat přímo v řasových buňkách. Vědci proto vnesli gen pro bílkovinu PIN z řasy do několika suchozemských rostlin a dokonce i do vajíček žáby drápatky, čímž se stal výzkum podstatně snazším.
Pracovat s řasou molekulárněbiologickými technikami bylo i tak dost náročné. „V podstatě všechny metody, které rutinně používáme u zavedených pokusných organismů, jsme museli přizpůsobit řasám. Byla to velká sázka na nejistotu – věděli jsme, že buď objevíme něco nového, nebo také vůbec nic,“ vysvětluje Stanislav Vosolsobě z Přírodovědecké fakulty UK.
Hlavními autory článku publikovaného v časopise Nature Plants jsou Roman Skokan (ÚEB a PřF UK) a Eva Medvecká (CEITEC).
Na titulním snímku řasa Klebsormidium pozorovaná fluorescenčním mikroskopem.Chloroplasty uvnitř buněk v tomto případě světélkují červeně. Bílá úsečka odpovídá jedné setině milimetru.
Připravili: Jan Kolář, Ústav experimentální botaniky AV ČR ve spolupráci s Markétou Růžičkovou, Odbor mediální komunikace Kanceláře AV ČR
Foto titulní: Roman Skokan, Ústav experimentální botaniky AV ČR a Přírodovědecká fakulta UK v Praze
Foto v textu: Jan Petrášek, Ústav experimentální botaniky AV ČR a Přírodovědecká fakulta UK v Praze
Přečtěte si také
- Čirok produkuje unikátní pyl. Může být cestou k pěstování odolnějších plodin
- Jak opravit míchu: Kristýna Kárová zkoumá možnosti obnovy nervových buněk
- Prodělali jste černý kašel? Přihlaste se do unikátní studie českých odborníků
- Jak buňky reagují na stres? Tým zpřesnil popis vzniku protistresového proteinu
- I v oddělení biologie nádorů může být sranda, říká Veronika Vymetálková
- Vědci z Akademie věd popsali, jak fungují molekulární nůžky na stříhání RNA
- Vědci odhalili mutace, které spouštějí leukémii. Jejich objev může pomoci léčbě
- Změny v DNA a karcinogenní účinky: I to může odhalit toxikologický inkubátor
- Ječmen „live“: Češi jako první na světě umí živě sledovat dělení jeho buněk
- Ohrožená ňadra: vědci popsali rizikové varianty genu způsobujícího karcinom prsu
Biologie a lékařské vědy
Vědecká pracoviště
- Biofyzikální ústav AV ČR
Biotechnologický ústav AV ČR
Fyziologický ústav AV ČR
Mikrobiologický ústav AV ČR
Ústav experimentální botaniky AV ČR
Ústav experimentální medicíny AV ČR
Ústav molekulární genetiky AV ČR
Ústav živočišné fyziologie a genetiky AV ČR
Cílem výzkumu je poznávání procesů v živých organismech, a to na úrovni molekul, buněk i organismů. Biofyzikální výzkum se zabývá studiem vztahu DNA – protein a vlivu faktorů životního prostředí na organismy. V oblasti molekulární genetiky a buněčné biologie jsou studovány zejména signální cesty pro spouštění reakcí a odezvy cílových genů na tyto signály; zvláštní pozornost je věnována studiu buněčných mechanismů imunitních odpovědí. Sledovány jsou rovněž genomy mikroorganismů a procesy směřující k moderním technologiím přípravy látek s definovanými biologickými účinky. V oblasti fyziologie a patofyziologie savců a člověka je výzkum zaměřen na kardiovaskulární fyziologii, neurovědy, fyziologii reprodukce a embryologii s cílem vytvořit teoretické základy preventivní medicíny. V oblasti experimentální botaniky se výzkum věnuje genetice, fyziologii a patofyziologii rostlin a moderní rostlinné biotechnologii. Sekce zahrnuje 8 vědeckých ústavů s přibližně 1930 zaměstnanci, z nichž je asi 690 vědeckých pracovníků s vysokoškolským vzděláním.