Vědci odhalili neznámý způsob, jak rostliny řídí tvorbu a dopravu svých hormonů

Odborníci ze společného pracoviště Ústavu experimentální botaniky AV ČR a Univerzity Palackého v Olomouci se podíleli na objevu, který podstatně rozšiřuje znalosti o důležitých rostlinných hormonech – brassinosteroidech. Mezinárodní tým ukázal, že prekurzory – látky, z nichž rostlina vytváří aktivní hormony – putují mezi buňkami skrze mikroskopické kanálky zvané plasmodesmata. Vzniklé hormony navíc zpětně ovlivňují transport prekurzorů, čímž řídí svou vlastní hladinu v buňkách. Objev umožní lépe porozumět tomu, jak brassinosteroidy regulují růst a vývoj rostlin včetně důležitých zemědělských plodin. Výsledky výzkumu publikoval prestižní časopis Nature Chemical Biology.

Brassinosteroidní hormony ovlivňují mnoho důležitých procesů, které souvisejí s růstem a vývojem rostlin i s jejich reakcemi na nepříznivé podmínky prostředí. Výzkumem této skupiny sloučenin se dlouhodobě zabývá tým vědců z Laboratoře růstových regulátorů (LRR), společného pracoviště Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR a Univerzity Palackého v Olomouci.

Před časem se experti z LRR podíleli na projektu, který studoval tvorbu a biologické působení brassinosteroidů během raného vývoje kořenů. Výzkum dokázal, že prekurzory, z nichž tyto hormony vznikají, musí nějakým způsobem putovat v kořeni mezi buňkami. Vědci však nevěděli jak.

Na zodpovězení této důležité otázky se nyní zaměřil následný projekt vedený profesorkou Eugenií Russinovou z univerzity v belgickém Gentu. Síly v něm spojili vědci z pěti zemí, včetně Miroslava Kvasnici a Karoll Ferrer z olomoucké LRR. Badatelé využili širokou paletu vzájemně se doplňujících metod z oborů biochemie, organické chemie, molekulární biologie a pokročilé mikroskopie.

Obr. Mikroskopický důkaz, že hormony brassinosteroidy snižují propustnost mezibuněčných kanálků zvaných plasmodesmata, čímž zpětnovazebně regulují svou koncentraci. V jedné buňce kořene huseníčku aktivovali vědci světelným impulsem speciální svítící (fluorescenční) bílkovinu, která slouží jako viditelná značka. Horní řada: v kontrolním vzorku se aktivovaná bílkovina (žlutě) rychle šíří do okolních buněk. Dolní řada: ve vzorku ošetřeném brassinosteroidem se fluorescenční značka téměř nešíří. Autor: Marija Smokvarska, Université de Bordeaux

Mezinárodní tým objevil, že prekurzory brassinosteroidních hormonů se v rostlinách pohybují pouze na krátké vzdálenosti, a to způsobem, který dosud nikdo nepopsal. Procházejí totiž z buňky do buňky mikroskopickými kanálky nazývanými plasmodesmata. Ještě zajímavější je, že hotové hormony zpětně ovlivňují propustnost plasmodesmat, čímž regulují transport svých prekurzorů, a v důsledku toho i svou vlastní koncentraci v buňkách. Tato zpětná vazba zřejmě pomáhá rostlině udržovat optimální hladinu brassinosteroidů v různých částech jejího těla.

Miroslav Kvasnica a jeho kolegyně Karoll Ferrer z LRR jsou chemici, kteří se specializují na syntézu brassinosteroidů a jim příbuzných látek a na testování jejich biologických účinků. Společně syntetizovali 22-hydroxycampesterol, který sehrál klíčovou roli při prokázání transportu plasmodesmaty. „Tato sloučenina se vyskytuje v rostlinách jako prekurzor brassinosteroidních hormonů. Není ale komerčně dostupná jako čistá látka, a navíc je její syntéza poměrně komplikovaná. V Olomouci jsme ji ovšem zvládli – stejně jako přípravu dalších podobných látek, které byly použity v tomto i jiných projektech,“ říká Miroslav Kvasnica.

Nové objevy zveřejněné v časopise Nature Chemical Biology jsou ve studiu brassinosteroidů velkým krokem kupředu. To je důležité nejen pro základní výzkum, ale i z praktického hlediska. Pokud lépe pochopíme molekulární děje s těmito hormony spojené, můžeme poznatky v budoucnu využít například při šlechtění nových odrůd plodin, jejichž růst, vývoj či odolnost proti nepříznivým podmínkám budou „vyladěny“ podle konkrétních potřeb zemědělců. (1.7.2023)