Metabolismus a fyziologické funkce cytokininů
Cytokininy jsou rostlinné hormony, které se podílejí na regulaci dělení a diferenciace buněk a tak výrazně zasahují do řízení růstu a vývoje rostlin. Hladiny bioaktivních cytokininů a účinnost jejich působení v rostlinách jsou regulovány na různých úrovních a různými mechanismy postihujícími jejich biosyntézu, metabolické přeměny, inaktivaci a degradaci jakož i signální dráhy a transport.
V naší laboratoři jsme vypracovali model metabolické regulace hladin cytokininů a jejich poměru k auxinům, založený na autoindukci akumulace cytokininů v kompetentních buňkách, indukci odbourávání cytokininů substrátem a jejich inaktivaci glykosylací (Kamínek et al., Physiol Plant 1997).
Model metabolické regulace cytokininů.
Model objasňuje mechanismy navození dočasných změn poměrů hladin cytokininů a jiných fytohormonů (zejména auxinu) vedoucí k indukci specifických morfogenních procesů (diferenciace různých orgánů) a k následnému ustavení hormonální rovnováhy (homeostáze) potřebné k dokončení vývoje iniciovaných struktur. Platnost tohoto modelu jsme experimentálně ověřili v kulturách rostlinných buněk a pletiv in vitro i v intaktních rostlinách, u nichž byl obsah nativních cytokininů experimentálně měněn exogenní aplikací jak přirozených, tak syntetických cytokininů (Auer et al., Physiol Plant 1999; Motyka et al., Physiol Plant 2003), expresí genů kódujících enzymy zapojené do regulace hladin prekursorů (farnesyldifosfátsyntáza; Manzano et al., Plant Mol Biol 2006), biosyntézy (isopentenyltransferáza; Galichet and Hoyerová et al., Plant Physiol 2008; Sýkorová et al., J Exp Bot 2008; Yevdakova et al., J Plant Growth Regul 2008) a degradace (cytokininoxidáza/dehydrogenáza; Werner et al., PNAS 2001 ; Werner et al., Plant Cell 2003; von Schwartzenberg et al., Plant Physiol 2007) cytokininů a do přenosu cytokininového signálu (Frank et al., Plant Physiol 2000). Pokusy s mutanty modelových rostlin huseníčku (Arabidopsis), mechu Physcomitrella a pšenice jsme potvrdili, že změny fenotypu odrážejí změny poměrných koncentrací cytokininů a auxinů jakož i změny v expresi genů a aktivitách příslušných enzymů.
Při zdokonalování metod analýzy rostlinných hormonů jsme vyvinuli novou metodu extrakce a čištění fytohormonů umožňující separaci auxinu a kyseliny abscisové od cytokininů (Dobrev a Kamínek, J Chromatogr A 2002), jakož i jejich spolehlivou identifikaci a kvantifikaci pomocí dvourozměrné HPLC (Dobrev et al., J Chromatogr A 2005), resp. hmotové spektrometrie. Zhodnotili jsme účinnost používaných metod extrakce a čištění cytokininů a optimalizovali postup snižující obsah interferujících látek a tím zvyšující odezvy značených interních standardů (Hoyerová et al., Phytochemistry 2006). Vypracovali jsme rovněž metodiku umožňující současné stanovení enzymových aktivit cytokininoxidázy/dehydrogenázy a zeatinreduktázy v rostlinách, která nám umožnila zjistit kompetiční působení obou enzymů při regulaci hladin cytokininů a stanovit jejich úlohu při zachování hormonální homeostáze (Gaudinová et al., J Plant Growth Regul 2005).
S využitím různých modelových rostlin jsme prokázali významnou fyziologickou úlohu cytokininů při řízení rostlinné morfogeneze (Auer et al., Physiol Plant 1999; Sriskandarajah et al., J Plant Growth Regul 2006), senescence (Ananieva et al., Physiol Plant 2004a; 2004b a 2008; Conrad et al., Physiol Plant 2007) a při regulaci příjmu a využití minerálního dusíku (Sýkorová et al., J Exp Bot 2008).
V současné době se vedle výše zmíněných aktivit věnujeme studiu problematiky metabolismu a fyziologických funkcí cytokininů cis-zeatinového typu a posouzení možných regulací hladin cytokininů v rostlinách během jejich transportu. Pozornost zaměřujeme rovněž k možnému využití získaných poznatků pro ovlivnění a zvýšení produktivity hospodářsky významných plodin.