Mechanismus transportu auxinů
Rostlinný hormon auxin je klíčovým regulátorem mnoha vývojových procesů u rostlin. Hraje zásadní úlohu v regulaci prostorových a časových aspektů růstu rostlin a přispívá tak ke koordinaci a integraci jejich vývoje. Na rozdíl od ostatních rostlinných růstových regulátorů (tzv. rostlinných hormonů) se však auxin vyznačuje tím, že jeho molekuly jsou v některých pletivech transportovány na delší vzdálenost a jejich transport je striktně polární. Mechanismus tohoto tzv. polárního transportu auxinu vychází z fyzikálně-chemických vlastností auxinových molekul a jejich molekulárních forem uvnitř a vně buněk. Jde o velmi komplexní a dynamický proces, regulovaný na více úrovních.
Schéma vlivu inhibitoru NPA na tok auxinu řetízkem buněk tabáku.
Naše laboratoř se zabývá molekulárním mechanismem tohoto typu transportu auxinu. S pomocí systému buněk kultivovaných in vitro (v buněčných suspenzích), adaptovaného pro přímá měření toku auxinu buňkami (Petrášek a Zažímalová, in Biotechnology in Agriculture and Forestry 2006), jsme zjistili, že transport auxinu z buněk se účastní ustavení polarity buněčného dělení (Petrášek et al., Planta 2002). Popsali jsme odpověď struktur cytoskeletu a endomembrán na zastavení polárního transportu auxinu a kvantitativně jsme charakterizovali působení některých inhibitorů tohoto procesu (NPA a BFA, Petrášek et al., Plant Physiol. 2003). Přispěli jsme k charakterizaci účinků dalších inhibitorů – TIBA či PBA (Dhonukshe et al., PNAS 2008).
Podíleli jsme se na objevení inhibičního působení auxinu na konstitutivní cyklování proteinů, včetně vlastních přenašečů auxinu z buňky z rodiny PIN (Paciorek et al., Nature 2005). Geny pro tyto přenašeče jsme následně transformovali suspenzní kulturu buněk tabáku a stanovili jsme řadu kinetických parametrů toku auxinu v těchto buněčných liniích. Získané výsledky vedly k závěru, že proteiny PIN katalyzují přímo a specificky transport auxinu z buněk do mezibuněčných prostor a limitují jeho tok (Petrášek et al., Science 2006).
Podíleli jsme se také na charakterizaci molekulární interakce mezi přenašečovými proteiny pro auxin typu PIN a MDR/PGP/ABCB (Mravec et al., Development 2008). Na výzkumu polárního transportu auxinu spolupracujeme s VIB Department of Plant Systems Biology, Ghent University, Belgie (Prof. Jiří Friml, Dr. Eva Benková a spolupracovníci).
Ve spolupráci s Laboratoří molekulární fyziologie rostlin Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity v Brně (Dr. Jan Hejátko a spolupracovníci) a se skupinou Dr. Benkové (VIB, Ghent) se podílíme na analýze interakcí cytokininů a auxinů v organogenezi rostlin de novo, především na úrovni regulace transportérů účastnících se vytváření auxinových maxim polárním transportem auxinů (Pernisová et al., PNAS 2009; Růžička et al., PNAS 2009).
Dále jsme izolovali a charakterizovali gen PaLAX1 z Prunus avium (Hoyerová et al., Plant Physiol. 2008) a věnujeme se výzkumu vlastností jím kódovaného proteinu.
Současným předmětem práce naší skupiny je také regulace aktivity proteinů PIN, která probíhá současně na více úrovních (Zažímalová et al., Cell. Mol. Life Sci. 2007), pokračujeme v charakterizaci vlastností dalších přenašečů auxinů z rodin AUX1/LAX, PIN a MDR/PGP/ABCB a konstruujeme matematický model toku auxinu rostlinnou buňkou.