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; Laňková et al., Journal of Experimental Botany 2010).
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 netypických členů rodiny PIN (PIN5 a PIN8) a
proteinů PIN-LIKES (PILS) jsme charakterizovali změny v metabolickém profilu
nativního auxinu po zvýšené expresi těchto proteinů a podstatnou měrou
jsme přispěli k odhalení dosud neznámé funkce intracelulárních
přenašečů auxinu v regulaci vnitrobuněčné homeostáze auxinu (Mravec et al., Nature 2009; Barbez et al., Nature 2012),
včetně jejich úlohy při vývoji samčího gametofytu (Ding et al., Nature Communications
2012). V rámci výzkumu proteinu ABP1 (Auxin-Binding Protein 1),
přepokládaného receptoru pro auxiny regulujícího „netranskripční“
odezvy na auxin, jsme se podíleli na zjištění jeho funkce při regulaci
endocytosy 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), charakterizovali jsme u rostlinných transportérů dosud neznámou duální funkci (Kubeš a Yang et al., Plant Journal 2012) a upozornili jsme 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).
Přispěli jsme k pochopení úlohy ubiquitylace auxinového přenašeče PIN2 závislé na lysinu 63 v regulaci růstu vyšších rostlin v reakci na okolní podmínky (Leitner et al., PNAS 2012) a navrhli jsme vysvětlení pro velkou různorodost auxinových transportérů (Zažímalová a Murphy et al., Cold Spring Harbor Perspectives in Biology 2010). Podíleli jsme se na objasnění úlohy proteinů příbuzných dynaminu savčích buněk pro správnou polární lokalizaci proteinu PIN1 v interfázních buňkách rostlin (Mravec et al., Current Biology 2011) a přispěli jsme k odhalení funkce druhých poslů inositoltrisfosfátu a vápenatých iontů v modifikaci polárního transportu auxinu a buněčné polarity (Zhang et al., Developmental Cell 2011).
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 2011).
Současným předmětem práce naší skupiny jsou především kvantitativní aspekty transportu auxinů přes buněčné membrány a regulace aktivity proteinů PIN ve vztahu k vývoji buňky. Dále pokračujeme v charakterizaci vlastností a funkce dalších přenašečů auxinů z rodin AUX1/LAX, PIN, MDR/PGP/ABCB a PILS a ve studiu funkce proteinu ABP1.
Na výzkumu polárního transportu auxinu spolupracujeme především s Institute of Science and Technology, Rakousko (Prof. Jiří Friml, Dr. Eva Benková a spolupracovníci), s VIB Department of Plant Systems Biology/Ghent University, Belgie (Dr. Bartel Vanholme 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, a University of Maryland, Maryland, 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 a Dr. Jűrgen Kleine-Vehn), i s dalšími kolegy doma i v zahraničí.