Mechanismus transportu auxinů
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 odhalení
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, lokalizované na plasmatické membráně, katalyzují přímo a
specificky transport auxinu z buněk do mezibuněčných prostor a limitují
jeho tok (Petrášek et al.,
Science 2006). Při výzkumu netypického člena rodiny PIN – proteinu
PIN5 – jsme charakterizovali změny v metabolickém profilu nativního
auxinu po zvýšené expresi tohoto proteinu a podstatnou měrou jsme přispěli
k odhalení dosud neznámé funkce intracelulárních přenašečů auxinu (Mravec et al., Nature 2009).
V rámci výzkumu proteinu ABP1 (Auxin-Binding Protein 1), přepokládaného
receptoru pro auxiny regulujícího „negenomické“ odezvy na auxin, jsme se
podíleli na zjištění jeho funkce při regulaci endocytózy proteinů
z plasmatické membrány, včetně proteinů PIN (Robert et al., Cell
2010).
Dále jsme spolupracovali na charakterizaci molekulární interakce mezi přenašečovými proteiny pro auxin typu PIN a MDR/PGP/ABCB (Mravec et al., Development 2008), na objasnění funkce proteinů z rodin AUX1/LAX a PIN ve vývoji apikálního háčku při růstu klíčních rostlin Arabidopsis thaliana (Vandenbussche et al., Development 2010; Žádníková et al., Development 2010), a na odhalení schopnosti nitrátového transportéru NRT1.1 transportovat auxin do buněk v kořenech A. thaliana (Krouk et al., Developmental Cell 2010).
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).
Izolovali jsme a charakterizovali gen PaLAX1 z Prunus avium (Hoyerová et al., Plant Physiol. 2008) a věnujeme se výzkumu vlastností jím kódovaného proteinu. Rozšířili jsme znalosti o působení tzv. inhibitorů přenosu auxinu do buňky, přičemž jsme upozornili na vzájemnou rozdílnost mechanismu jejich účinků (Laňková et al., Journal of Experimental Botany 2010).
Upozornili jsme také na mnohé, dosud neznámé vedlejší účinky při aplikaci FM-barev, které jsou jinak široce používané pro studium dynamiky membrán (Jelínková a Malínská et al., Plant Journal 2010).
Publikovali jsme řadu přehledných článků o přenašečích auxinu, o jejich funkci a způsobech její regulace a o jejich úloze ve vývoji rostlin (Zažímalová et al., Cell. Mol. Life Sci. 2007; Křeček a Skůpa et al., Genome Biology 2009; Petrášek a Friml, Development 2009; Zažímalová a Murphy et al., Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 2010; Petrášek et al., v Geisler M. a Venema K. (eds): Transporters and Pumps in Plant Signaling, Springer Verlag, 2011), o typech auxinů samotných (Simon a Petrášek, Plant Science 2011) a o struktuře plazmatické membrány eukaryot (Malínská a Zažímalová, Current Protein and Peptide Science, in press 2011).
Současným předmětem práce naší skupiny jsou především kvantitativní aspekty transportu auxinů přes buněčné membrány a regulace aktivity proteinů PIN. Tu studujeme především na transkripční úrovni a na úrovni jejich lokalizace v buňce. Dále pokračujeme v charakterizaci vlastností dalších přenašečů auxinů z rodin AUX1/LAX, PIN a MDR/PGP/ABCB a ve studiu funkce proteinu ABP1.
Na výzkumu polárního transportu auxinu spolupracujeme především s VIB Department of Plant Systems Biology, Ghent University, Belgie (Prof. Jiří Friml, Dr. Eva Benková a spolupracovníci), s Ghent University, Department of Physiology, Ghent, Belgie (Prof. Dominique Van Der Straeten a spolupracovníci), s Institute of Plant Sciences, Univ. of Bern, Švýcarsko (Prof. Cris Kuhlemeier a Dr. R. Smith), s Purdue Univ., West Lafayette, IN, USA (Prof. Angus Murphy, Prof. Wendy Peer a spolupracovníci), s Botanical Institute, University Karlsruhe, Německo (Prof. Peter Nick), s Univ. of Sydney, Austrálie (Assoc. Prof. Jan Marc), s University of Leiden, Nizozemsko (Dr. Remko Offringa), s University of Natural Resources and Life Sciences, Vídeň, Rakousko (Dr. Christian Luschnig), i s dalšími kolegy doma i v zahraničí.