Metabolismus a fyziologické funkce cytokininů
Vypracovali jsme model metabolické regulace hladin cytokininů a jejich poměru k auxinům založený na akumulaci cytokininů v kompetentních buňkách, substrátové indukci odbourávání cytokininů cytokininoxidázou/dehydrogenázou a jejich inaktivaci glukosylací či vazbou na specifické vazebné proteiny (Kamínek et al., Physiol Plant 1997, 2003).
Model metabolické regulace hladin cytokininů v poměru k auxinu a jejího významu při indukci a následném vývoji indukovaných fyziologických procesů (Kamínek et al., Physiol. Plant. 117: 453–458, 1997, aktualizováno). CK – cytokinin, CKX – CKoxidáza/dehydrogenáza, CBP – vazebný protein pro CK, iPMP – isopentenyladenosin-monofosfát, IPT – isopentenyltransferáza
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 experimentálně ověřujeme v kulturách rostlinných buněk a pletiv in vitro i v intaktních rostlinách, u nichž byl obsah nativních cytokininů experimentálně pozměněn exogenní aplikací jak přirozených, tak syntetických cytokininů (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; Mýtinová and Motyka et al., Plant Growth Regul 2011) cytokininů a do přenosu cytokininového signálu (Frank et al., Plant Physiol 2000). Pokusy s mutanty modelových rostlin mechu Physcomitrella a huseníčku (Arabidopsis) jsme potvrdili, že změny fenotypu odrážejí změny poměrných koncentrací cytokininů a auxinů jakož i změny v expresi genů a aktivitách příslušných enzymů (Yevdakova et al., J Plant Growth Regul 2008; Dwivedi et al., Plant Growth Regul 2010).
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). Zhodnotili jsme účinnost používaných metod extrakce a čištění cytokininů a optimalizovali postup snižující obsah interferujících látek a tím zvyšující odezvy značených interních standardů při analýze cytokininů pomocí hmotnostní spektrometrie (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 rozšířili znalosti o fyziologické úloze cytokininů při řízení rostlinné morfogeneze (Sriskandarajah et al., J Plant Growth Regul 2006), senescence (Ananieva et al., Physiol Plant 2004a; 2004b a 2008; Conrad et al., Physiol Plant 2007), při regulaci příjmu a využití minerálního dusíku (Sýkorová et al., J Exp Bot 2008) a odezvy rostlin na abiotický stres (Havlová et al., Plant Cell Environ 2008; Dobrá et al., J Plant Physiol 2010; Mýtinová and Motyka et al., Biol Plant 2010).
V současné době se vedle výše zmíněných aktivit věnujeme poznání metabolismu a fyziologických funkcí cytokininů cis-zeatinového typu (Gajdošová and Spíchal et al., J Exp Bot 2011) a metabolické regulace hladin cytokininů v rostlinách během jejich transportu (Kašík et al., Anal Bioanal Chem 2010). Rovněž nás zajímá potenciální využití získaných poznatků pro zvyšování odolnosti (Zhang et al., J Integrative Plant Biol 2010) a produktivity (Sýkorová et al., J Exp Bot 2008) hospodářsky významných plodin.
Na řešení uvedené problematiky spolupracujeme s Institute of Plant Sciences, ETH Zurich, Switzerland (Prof. Wilhelm Gruissem), s National Laboratory of Plant Molecular Genetics, Shanghai Institutes for Biological Sciences, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China (Prof. Peng Zhang), s Biozentrum Klein Flottbek, Universität Hamburg, Hamburg, Germany (Dr. Klaus von Scwartzenberg), s Research Centre for Plant Growth and Development, University of KwalaZulu-Natal Pietermaritzburg, Scottsville, South Africa (Dr. Wendy Stirk, Prof. Johannes van Staden), s Acad. M. Popov Institute of Plant Physiology, Bulgarian Academy of Sciences, Sofia, Bulgaria (Dr. Kalina Ananieva, Prof. Evguéni D.Ananiev), s Institut de la terre et de la Vie, Université catholique de Louvain, Louvain-la-Neuve, Belgium (Dr. Michel Ghanem, Prof. Stanley Lutts) i s dalšími kolegy doma i v zahraničí.