Vědci zjistili, jak rostou kořeny rostlin. Vývoj řídí souhra proteinů a hormonů

Získané poznatky mohou v budoucnu pomoci například při šlechtění plodin odolnějších vůči suchu. Na výzkumu se podíleli odborníci z Laboratoře růstových regulátorů, společného pracoviště Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR a Univerzity Palackého v Olomouci. Výsledky práce mezinárodního týmu vědců zveřejnil prestižní časopis Nature Plants.

Studie se zaměřila na cévní svazky v kořenech huseníčku rolního. „Cytokininy řídí růst a vývoj cévních svazků v kořenech. V olomouckém týmu jsme dokázali identifikovat molekulární procesy, které přímo ovlivňují obsah těchto rostlinných hormonů,“ říká Ondřej Novák z Laboratoře růstových regulátorů.

Kořeny ušité na míru

Vědci zjistili, že pro vývoj cévních svazků jsou podstatné určité regulační bílkoviny – proteiny, které ovlivňují aktivitu genů pro enzymy, jež produkují nebo odbourávají rostlinné hormony cytokininy. „Precizně vyladěné hladiny cytokininů pak v různých částech vznikajícího cévního svazku určují jeho anatomickou strukturu,“ upřesňuje Ondřej Novák, podle nějž jsou právě kořeny rostliny výborným objektem pro studium vývojové biologie.

Související

Martin Pokorný

Kořeny poznají dobrou půdu díky plynu, který…

Radek Chlup

Stromy po zemětřesení rostou jako z vody, zjistili…

„Každý kořen kryje takzvaná čepička, v níž dělením vznikají nové buňky. Ty se postupně specializují na různé funkce a vytvářejí jednotlivé anatomicky rozlišitelné části kořene,“ vysvětluje Ondřej Novák.  

Znalost mechanismů, které řídí vývoj cévních svazků v kořenech, může podle něj mít v budoucnu i praktické využití. „Úpravami příslušných genů by bylo možné získat plodiny s kořenovým systémem ,ušitým na míru´ požadavkům pěstitelů. Nové odrůdy by díky tomu například lépe vzdorovaly suchu, protože by dokázaly čerpat z půdy více vody nebo by efektivněji získávaly minerální živiny,“ dodává vědec.

Nové dílky do skládačky

Cévní svazky probíhají středem kořene po celé jeho délce a skládají se ze tří částí. Dřevo (xylém) dopravuje vodu s minerálními živinami z kořenů do stonku a listů. Lýko (floém) transportuje hlavně cukry a další organické látky.

Mezi těmito dvěma částmi se u mladých kořenů nachází prokambium, jehož buňky se později začnou dělit a produkovat nové buňky dřeva i lýka. Všechny složky cévních svazků se musí vyvíjet na správném místě a ve správný čas. Biologové již znají některé „hráče“, jež se na tomto procesu podílejí. V pomyslné skládance však stále chybí mnoho dílků. Cílem nové studie bylo některé z nich doplnit.

Vědci vyšli z toho, že pro vývoj cévních svazků jsou důležité rostlinné hormony cytokininy a také proteiny TMO5 a LHW. Oba proteiny patří mezi transkripční faktory, což znamená, že řídí aktivitu vybraných genů. Výzkum se proto zaměřil na hledání genů, které mají spojitost s cytokininy a zároveň jsou regulovány dvojicí TMO5/LHW.

Rozsáhlá analýza odhalila dva geny pro enzymy zapojené do metabolismu cytokininů. Jeden se podílí na jejich syntéze, zatímco druhý je odbourává. Každý přitom pracuje v jiné části cévního svazku. „Kombinovali jsme různé experimentální přístupy, které umožnily mapovat aktivitu identifikovaných molekulárních hráčů na úrovni jediné buňky,“ uvádí Federica Brunoni z olomouckého týmu.

Další experimenty umožnily popsat vztahy mezi zúčastněnými geny, proteiny a hormony. Bílkoviny TMO5 a LHW jsou aktivní pouze v místě vznikajícího xylému, zhruba uprostřed cévního svazku. Spouštějí zde tvorbu cytokininů, jejichž vysoká hladina poté podporuje vývoj xylému.

Sousedící prokambium však ke svému vývoji potřebuje méně cytokininů. I to zajišťuje dvojice TMO5/LHW, ovšem nepřímo. „Zapíná“ totiž gen pro další regulační protein, který z xylému putuje do oblasti prokambia a aktivuje tam naopak gen pro cytokinin dehydrogenázu, tedy enzym odbourávající přebytečné cytokininy.

„Konkrétně naše laboratoř přispěla k prokázání toho, že změna aktivit regulačních genů ovlivňuje obsah cytokininů ve špičce kořene, kde se buňky intenzivně dělí. Prokázáno bylo také to, že korektní zapínání a vypínání těchto molekulárních modulů je nezbytné pro správné formování rostlinného pletiva,“ doplňuje Federica Brunoni.

Zdroj: Nature Plants, AV ČR