Hormonální systém řídící růst rostlin má prastarý evoluční původ, ukázal přelomový výzkum

Vláknitá zelená řasa Klebsormidium, která byla objektem výzkumu.  Foto: Eva Medvecká.

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.

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.

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.

Řasa Klebsormidium pozorovaná fluorescenčním mikroskopem. Chloroplasty uvnitř buněk v tomto případě světélkují červeně. Bílá úsečka odpovídá jedné setině milimetru (deseti mikrometrům). Foto: Roman Skokan.

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 doktor Stanislav Vosolsobě.

Na výzkumu se podíleli vědci a vědkyně z Ústavu experimentální botaniky AV ČR (ÚEB), Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy (PřF UK), 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. Hlavními autory článku publikovaného v časopise Nature Plants jsou Roman Skokan (ÚEB a PřF UK) a Eva Medvecká (CEITEC).

Buňky tabáku, které produkují řasovou bílkovinu PIN, protože do nich vědci vnesli příslušný gen z řasy. Bílkovina byla navíc pro účely studie označena „svítícím“ zeleným fluorescenčním proteinem. Experimenty využívající tyto buňky pomohly odhalit, že i řasový PIN dokáže transportovat hormon auxin. Bílá úsečka odpovídá jedné setině milimetru (deseti mikrometrům). Foto: Jan Petrášek.

TZ AV ČR

Připravili: Jan Kolář, Ústav experimentální botaniky AV ČR ve spolupráci s Markétou Růžičkovou, Odbor mediální komunikace Kanceláře AV ČR