Sciencemag.cz
Doporučujeme
Výzkumný tým pod vedením CEITEC Masarykovy univerzity (MUNI) zjistil, že rostlinné hormony cytokininy brání předčasnému zpevnění buněčných stěn v cévních svazcích, čímž zajišťují optimální vývoj vodivých pletiv. Pokud totiž buněčná stěna předčasně ztuhne, výsledné cévy mají menší průměr a vedou méně vody. Tento objev, uskutečněný díky využití přístupů unikátních v celosvětovém měřítku, může mít význam nejen pro porozumění růstu rostlin, ale i pro jejich šlechtění a adaptaci na sucho.
Správné načasování vývoje je pro rostliny klíčové. Vědecký tým vedený Janem Hejátkem z CEITEC Masarykovy univerzity odhalil novou roli rostlinných hormonů cytokininů: tyto látky 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.
Vědci se zaměřili na vývoj stonku huseníčku rolního (Arabidopsis thaliana), běžně využívaného modelového organismu. Pomocí genetických úprav, analýzy genové aktivity a měření vlastností cévních pletiv zkoumali, jak cytokininový signál ovlivňuje tvorbu sekundární buněčné stěny – 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. 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.
„Z našeho výzkumu vyplývá, že cytokininový signál funguje jako pojistka proti ‚unáhlenému‘ vývoji rostliny,“ říká první autor článku Vojtěch Didi. „Bez něj se rostlina začne předčasně připravovat na mechanickou zátěž, i když ještě není dostatečně vyvinutá.“
Spoluautor studie Dominique Arnaud doplňuje: „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.“
Na molekulární úrovni výzkum ukázal, že cytokininy v rostlinách tlumí aktivitu genů, které nesou návod na tvorbu takzvaných NST transkripčních faktorů – hlavních spínačů 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.
„Znalost tohoto mechanismu nám pomáhá lépe chápat, jak rostliny řídí růst svých pletiv v čase a prostoru,“ doplňuje korespondenční autor studie Jan Hejátko. „To může být důležité například při vývoji odrůd, které budou efektivněji hospodařit s vodou.“
Na studii spojili síly molekulární biologové z CEITEC a Národního centra pro výzkum biomolekul s botaniky Ústavu experimentální biologie a informatiky z RECETOX i Fakulty informatiky MUNI. Spojení pokročilých molekulárních technik s „klasickými“ přístupy využívanými ke studiu transportu vody v rostlinách umožnilo experimentálně charakterizovat transport vody ve specifických buněčných typech i u tak drobné rostliny, jakou je huseníček. Kromě vědců z MUNI se na studii podílely i vědecké týmy Biofyzikálního ústavu v Brně, Univerzity Palackého v Olomouci a University of British Columbia z Kanady.
Článek s kompletními výsledky výzkumu byl publikován v odborném časopise Development.
https://doi.org/10.1242/dev.205000
