Objev v časopise Nature Plants: Jak rostou kořeny rostlin?

středa, 19 květen 2021 08:35

Biologům z Belgie a České republiky se podařilo objasnit, jak rostlinné hormony brasinosteroidy řídí růst kořenů. Objev publikovaný v prestižním odborném časopise Nature Plants přispívá k lepšímu pochopení vývoje kořenového systému. Na výzkumu se podílel i zástupce Univerzity Karlovy.

CPD h
Kořen rostliny huseníčku rolního s experimentálně označeným enzymem nutným pro syntézu brasinosteroidů.

„‎V této studii jsme se zaměřili na působení rostlinných hormonů brasinosteroidů na kořeny pokusné rostliny huseníčku rolního (Arabidopsis thaliana),“ popisuje první autor studie Nemanja Vukašinovic. „Na špičce kořene se nachází dělivé pletivo, takzvaný meristém, což je oblast, v níž se buňky intenzivně dělí. Za meristémem následuje prodlužovací zóna, kde se již bunky nedělí, ale výrazně rostou do délky. Brasinosteroidy kontrolují oba tyto procesy, ale větší účinek mají na buňky z prodlužovací zóny a dosud nebylo jasné, proč tomu tak je,“ vysvětluje shutterstock 1358591441sbiolog, který získal doktorát v laboratoři profesora Viktora Žárského na Univerzitě Karlově a na Ústavu experimentální botaniky Akademie věd v Praze.

Aktuálně jako postdoktorand pokračuje ve skupině doktorky Eugenie Russinové v belgickém Gentu, kde také vznikla většina práce. Na výzkumu spolupracoval s Matyášem Fendrychem z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy a s vědci z Laboratoře rostlinných regulátorů v Olomouci, společného pracoviště Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR a Univerzity Palackého.

„Matyáš Fendrych byl jedním z prvních lidí, které jsem v Praze potkal, a po celou dobu mého doktorandského a postdoktorandského studia jsme zůstali v kontaktu. Mezitím založil vlastní výzkumnou skupinu na UK a stal se jedním z lídrů v oblasti vývoje kořenů rostlin. Takže když se náš projekt začal ubírat tímto směrem, Matyáš byl prvním, na koho jsme se obrátili. Jeho odborné znalosti v oblasti výzkumu růstu kořenů a specificky v mikroskopii byly pro úspěch projektu nedocenitelné,“ popisuje pro Forum prvoautor publikace. A dodává, že ve spolupráci plánují pokračovat a připravují již další projekty.

DSC 1029 1106x553 3491337381
Matyáš Fendrych, držitel prestižního ERC grantu, vede na Přírodovědecké fakultě UK vlastní výzkumnou skupinu

Záleží na místě a na množství

Molekuly brasinosteroidů spouštějí v buňkách kaskádu pochodů, jejichž konečným výsledkem je utlumení nebo zesílení aktivity tisíců genů. „Zaměřili jsme se na to, proč brasinosteroidy více účinkují na buňky z prodlužovací zóny. Zda je to dáno například vyšší hladinou brasinosteroidů v této části kořene, nebo mimořádnou citlivostí těchto buněk na rostlinný hormon,“ popisuje Vukašinovic.

„V Praze na našem speciálním mikroskopu vznikly dlouhé časosběrné snímky rostoucích kořenů, kdy jsme analyzovali lokalizaci jednotlivých komponent syntetické dráhy brasinosteroidů,“ doplňuje Fendrych, vedoucí vlastní výzkumné skupiny (Buněčný růst a diferenciace) na Přírodovědecké fakultě UK.

5 NSVědci se dále zaměřili na měření hladin hormonů či mapování aktivity vybraných genů. „Syntéza brasinosteroidů probíhá v několika krocích, jež zajišťují specializované enzymy. V kořenové špičce jsou geny pro všechny tyto enzymy aktivní, ovšem každý z nich jenom v části buněk. Žádná buňka tak nemůže uskutečnit celou syntézu a meziprodukty zřejmě musí putovat z buňky do buňky. Podobně, jako kdyby se třeba auta nemontovala na jedné velké lince, ale během výroby se převážela mezi několika továrnami,“ přirovnává Vukašinovic.

Další experimenty ukázaly, že nižší koncentrace brasinosteroidů podporují dělení kořenových buněk, zatímco vysoké koncentrace stimulují jejich prodlužování. Změny v hladinách těchto hormonů podél kořene proto buňkám nejspíš slouží jako informace, zda se mají ještě dělit, nebo už mají přejít k růstu do délky.

„Dnes víme, že enzymy určují lokální hladiny brasinosteroidů, stále však nevíme, co spouští jejich zvýšenou expresi v elongační zóně. A na to se s využitím nejmodernějších metod plánujeme zaměřit,“ uzavírá Nemanja Vukašinovic. Koordinace buněčného dělení a prodlužování buněk je ústřední otázkou vývojové biologie rostlin a hlubší pochopení role brasinosteroidů v tomto procesu by mohlo objasnit obecné principy růstu rostlinné tkáně.

Autor:
Foto: Nemanja Vukašinović, Petr Jan Juračka

Sdílejte článek: