Vědci zabývající se rostlinami objevili vypínač pro reakci rostlin na hormony

Vědci z Wageningen University & Research a jejich japonští a španělští kolegové našli u rostlin, které kontrolují růst rostlin, vypínač a knoflík hlasitosti. Aplikace tohoto objevu může pomoci pěstitelům navrhnout nové plodiny, které jsou například odolnější vůči chorobám, suchu nebo povodním. Jejich poznatky byly publikovány v Nature Plants.

Tým vědců prokázal, že velmi složitou reakci rostlin na rostlinný hormon auxin lze zredukovat na jednoduchý model přepínání. V podstatě auxin přepne přepínač z „vypnuto“ na „zapnuto“. Současně s tímto „přepínačem“ soutěží druhý faktor, který tak určuje, jak citlivá je každá buňka na hormon. Mnoho způsobů, jakými rostlina reaguje na auxin, od kořene po kvetení, je určeno takříkajíc vypínačem a ovladačem hlasitosti.

Je známo, že malá molekula auxinu řídí mnoho aspektů růstu a vývoje rostlin změnou aktivity různých genů. ARF proteiny vázající se na DNA se vážou na geny a zapínají nebo vypínají je. Je to auxin, který určuje, zda jsou proteiny ARF aktivní nebo ne. Většina rostlin má různé ARF proteiny, které se vytvořily, protože během evoluce bylo vytvořeno více kopií, po kterých se jejich vlastnosti změnily. To vše vede k extrémně složité síti ARF proteinů, které mohou způsobit různé reakce na jeden hormon.

Tým zkoumal reakci na auxin v deštníkovém mechu Marchantia polymorpha. Tato rostlina má nejjednodušší auxinový systém a vědci ji dříve popsali v publikaci v eLife, za kterou Hirotaka Kato a Sumanth Mutte získali v roce 2019 Wageningen Research Award. V tomto novém výzkumu Přírodní rostliny tým využívá jednoduchosti reakčního systému Marchantia a pečlivě zmapoval jeho fungování pomocí kombinace genetiky a biochemie proteinů. To odhalilo jednoduchý systém dvou konkurenčních ARF proteinů, který tvoří podstatu auxinového systému.

Protein ARF1 v Marchantia – Vypínač je označen fluorescenčním proteinem (foto: Shubhajit Das)

Zásadní změna pohledu

„Myslíme si, že naše výsledky zásadně změní způsob, jakým vědci nahlížejí na fungování důležitého hormonu auxinu,“ říká Dolf Weijers, vedoucí Laboratoře pro biochemii a vedoucí výzkumného týmu. „Navíc tento velký skok v našich znalostech o tom, jak buňky reagují na hormon, nám dává bezprecedentní příležitosti ovlivnit reakci plodin na hormon na buněčné úrovni. Množení, růst kořenů a mnoho dalších vlastností rostlin závisí na reakci na auxin.“

Oklamáni složitostí

Po celá desetiletí se věřilo, že kvetoucí rostliny, včetně modelové rostliny řeřichy thale, používají velmi složitý systém reakčních faktorů, aby buňky reagovaly na stejný hormon různými způsoby. Některé buňky tedy rostou, jiné se dělí a další se diferencují. Také se věřilo, že stejný hormon způsobuje vývoj kořenů a kvetení v závislosti na tom, kde v rostlině k reakci dochází.

Výzkumný tým nyní popisuje, jak objevil velmi jednoduchý princip, který je základem komplexních reakcí na rostlinný hormon auxin. Je pravděpodobné, že stejný princip platí pro jiné druhy rostlin, které mají velké rodiny ARF proteinů. Současný výzkum nás učí, jak rostliny, včetně plodin, na hormon reagují.

Experimentální biolog Hirotaka Kato, dříve na Wageningen University, nyní na Kobe University, spolupracoval na svém průlomovém výzkumu s kolegy z Wageningen Laboratory of Chemistry and Biophysics, Alba Synchrotron v Barceloně a University of Kyoto. Výzkum byl částečně financován grantem NWO-VICI, který byl v roce 2015 udělen společnosti Dolf Weijers.

 

Zdroj: https://www.wur.nl/nl/show/plantenwetenschappers-ontdekken-aanuit-knop-voor-reactie-van-planten-op-hormoon.htm