Článek
Správné načasování vývoje je pro rostliny klíčové. Tým vedený Janem Hejátkem odhalil novou roli rostlinných hormonů cytokininů, které brání buňkám, aby se zpevnily dříve, než dorostou do potřebné velikosti.
„Cytokininy fungují jako jakýsi vnitřní časovač. Rostlině dávají signál, kdy je ten pravý moment pro růst, dělení buněk nebo jejich dozrávání,“ uvedla mluvčí CEITEC Halina Jílková.
S malou nadsázkou se podle ní ukázalo, že rostliny umí fungovat podobně jako „smart home“ – umí si nadimenzovat velikost vodivých pletiv, aby si zajistily dostatek vody. „Když mají pocit, že se stěny jejich cévních svazků začínají předčasně zpevňovat, vyšlou SOS signál v podobě rostlinného hormonu cytokininu, který buňky přiměje, aby ‚počkaly‘, dokud nebude průchod pro vodu dostatečný,“ popsala.
Vědci se konkrétně zaměřili na vývoj stonku huseníčku rolního. Pomocí genetických úprav, analýzy genové aktivity a měření vlastností cévních pletiv zkoumali, jak cytokininový signál ovlivňuje tvorbu sekundární buněčné stěny, tedy tuhé vrstvy, která zajišťuje pevnost a stabilitu rostlinných buněk, zejména v cévních svazcích.
„Během vývoje cév se buňky totiž nejprve musí roztáhnout do potřebné velikosti. Teprve potom může jejich stěna zesílit a zpevnit se natolik, aby byla schopna odolávat velkému tlaku a efektivně rozvádět vodu do všech částí rostliny. Tato vývojová adaptace je velmi zásadní, umožnila přechod života z vody na souš,“ zdůraznila Jílková.
Mutace v genech pro produkci cytokininů vedou k předčasné tvorbě sekundární buněčné stěny.
Výzkum ukázal, že pokud rostlina nemá dostatek cytokininů, nebo je narušeno jejich vnímání, začne si buněčné stěny zpevňovat příliš brzy.
„To vede k tomu, že buňky cévních svazků nemají dost času na růst a výsledkem jsou menší vodivá pletiva a výrazně snížená schopnost transportu vody,“ nastínila Jílková.
Pojistka proti unáhlenému vývoji
Cytokininy tak mají důležitou roli. „Z našeho výzkumu vyplývá, že cytokininový signál funguje jako pojistka proti unáhlenému vývoji rostliny. Bez něj se rostlina začne předčasně připravovat na mechanickou zátěž, i když ještě není dostatečně vyvinutá,“ uvedl první autor článku Vojtěch Didi.
Proces je přesně daný. „Zajímavé bylo sledovat, že i relativně mírné změny v signální dráze cytokininu měly výrazný dopad na aktivitu genů a funkčnost cévních svazků. Ukazuje to, jak přesně si rostliny načasovávají své vývojové procesy,“ doplnil spoluautor studie Dominique Arnaud.
Na molekulární úrovni výzkum ukázal, že cytokininy v rostlinách tlumí aktivitu genů, které nesou návod na tvorbu tzv. NST transkripčních faktorů, což jsou hlavní spínače procesu zpevňování buněčné stěny. Jakmile je aktivita těchto genů potlačena, rostlina oddálí přechod do fáze zpevňování buněk, a tím si zajistí, že vodivé pletivo bude mít správné rozměry a funkci.
Pěstování rostlin za zvýšených koncentrací cytokininů vede k utlumení aktivity genu NST3 (modré zbarvení). NST3 aktivuje tvorbu sekundární buněčné stěny.
„Znalost tohoto mechanismu nám pomáhá lépe chápat, jak rostliny řídí růst svých pletiv v čase a prostoru. To může být důležité například při vývoji odrůd, které budou efektivněji hospodařit s vodou,“ doplnil šéf týmu Jan Hejátko.
Kromě vědců z brněnské univerzity se na studii podílely i vědecké týmy Biofyzikálního ústavu v Brně, Univerzity Palackého v Olomouci a University of British Columbia z Kanady.
