Sciencemag.cz
Doporučujeme
Rostliny musí precizně řídit růst a vývoj svých kořenů, aby z půdy získávaly dostatek vody a minerálních látek. Důležitým regulátorem růstu kořenů je rostlinný hormon auxin.
Vědci z Ústavu experimentální botaniky AV ČR nyní objevili, že auxin ovlivňuje prodlužování buněk v kořeni prostřednictvím jiné skupiny rostlinných hormonů – giberelinů. Výsledky studie publikoval renomovaný odborný časopis PNAS. Výzkum může v budoucnu pomoci šlechtit nové odrůdy plodin s efektivněji fungujícím kořenovým systémem.
Matyáš Fendrych vede v našem ústavu od roku 2024 Laboratoř dynamiky morfogeneze rostlin. Mezi českými biology patří k nejúspěšnějším žadatelům o granty od prestižní evropské agentury ERC (European Research Council).
V roce 2019 získal startovací grant pro založení vlastní laboratoře na Univerzitě Karlově. Na něj teď navazuje takzvaným konsolidačním grantem ERC, který zajišťuje financování až do roku 2030. Podílí se také na velkém projektu TANGENC (Nové poznatky pro plodiny nové generace), který spolufinancuje EU prostřednictvím Operačního programu Jan Amos Komenský.
Hormony jdoucí proti sobě
Se svým týmem se Matyáš Fendrych dlouhodobě zabývá rolí auxinu v růstu kořene. „Před několika lety jsme provedli rozsáhlý průzkum, v němž jsme sledovali efekt auxinu na aktivitu tisíců genů v kořenech pokusné rostliny huseníčku rolního,“ říká. „Z ovlivněných genů jsme vybrali ty nejslibnější pro další výzkum. Byla mezi nimi také dvojice GA2OX6 a GA2OX8, což jsou geny pro enzymy, které odbourávají rostlinné hormony gibereliny.“
To bylo velice zajímavé, protože auxin a gibereliny mají opačné účinky na buňky v takzvané prodlužovací zóně za špičkou kořene, kde se buňky již nedělí, ale intenzivně rostou do délky. Zatímco auxin jejich prodlužovací růst potlačuje, gibereliny jej stimulují. Jaký je tedy vztah mezi těmito dvěma typy rostlinných hormonů?
Výzkum začal na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy, kde laboratoř Matyáše Fendrycha působila do září 2024, a pokračoval u nás v Ústavu experimentální botaniky AV ČR, kam se tým následně přesunul. Podíleli se na něm také další vědkyně a vědci z našeho ústavu, z Laboratoře růstových regulátorů (naše společné pracoviště s Univerzitou Palackého v Olomouci), Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy a Univerzity v Cambridgi.
Mezinárodní tým použil pokročilé techniky mikroskopie a molekulární biologie, které umožňují sledovat aktivitu genů či množství proteinů v buňkách živých rostlin. Danuše Tarkowská z Laboratoře růstových regulátorů rovněž měřila koncentrace giberelinů v kořenech pomocí vysoce citlivé metody využívající takzvanou hmotnostní spektrometrii.
Komplexní řízení růstu
Badatelé zjistili, že auxin zvyšuje aktivitu obou zmíněných genů pro odbourávání giberelinů, a to hlavně v prodlužovací zóně kořene. Hladina těchto hormonů proto klesá, což potlačuje prodlužování buněk. Auxin zde tedy působí na růst buněk nepřímo – přes gibereliny v roli prostředníků.
„Důležité je, že stejný účinek jako auxin aplikovaný přímo ke kořeni má i auxin aplikovaný na nadzemní část mladých rostlin, který je pak transportován do kořene. Naznačuje to, že změny koncentrace auxinu v listech či stoncích, vyvolané třeba nepříznivými podmínkami prostředí, by mohly regulovat růst kořenů,“ vysvětluje hlavní autorka článku v časopise PNAS Monika Kubalová.
Česko-britský tým detailně popsal regulační dráhu vedoucí od auxinu přes gibereliny až ke zpomalení růstu buněk. Významně tak rozšířil naše vědomosti o složitých interakcích, které řídí vývoj kořenového systému. Nevyřešenou otázkou však zůstává, jaký je fyziologický význam této „giberelinové cesty“ v přírodních podmínkách. Na to musí odpovědět další výzkum.
„Vliv auxinu na kořenové buňky studujeme komplexně. Naše dosavadní poznatky ukazují, že tento hormon působí prostřednictvím více regulačních drah, z nichž žádná není dominantní. Chceme proto obdobně prozkoumat i ty ostatní, abychom získali celkový obrázek o roli auxinu,“ říká Matyáš Fendrych.
Jak by šlo výsledky, které vědkyně a vědci nyní publikovali, prakticky využít? „Přesné vyladění aktivity genů pro odbourávání giberelinů, případně dalších genů účastnících se odpovědi kořenových buněk na auxin, by mohlo v budoucnu pomoci vyšlechtit plodiny s lepším kořenovým systémem. Takovým, který by lépe pronikal půdou, získával z ní více vody a živin a byl odolnější vůči suchu nebo jiným nepříznivým podmínkám,“ přibližuje Monika Kubalová.
Kubalová M, Griffiths J, Müller K, Levenets L, Tylová E, Tarkowská D, Jones AM, Fendrych M (2025): Gibberellin-deactivating GA2OX enzymes act as a hub for auxin–gibberellin cross talk in Arabidopsis thaliana root growth regulation. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122: e2425574122, https://doi.org/10.1073/pnas.2425574122
