Ústav experimentální botaniky AV ČR, v. v. i., ve spolupráci s Českou zemědělskou univerzitou uspořádal v Praze ve dnech od 10.–14. července 2009 mezinárodní konferenci ACPD 2009 (Auxins and Cytokinins in Plant Development), která se soustředila na auxiny a cytokininy. Právě ty obsazují v hormonální hierarchii rostlin první místa. Setkání se zúčastnilo téměř 250 badatelů z 28 zemí pěti kontinentů. Počty příliš neznamenají, ale ze seznamu jmen účastníků jednoznačně vyplývá, že šlo o prestižní a reprezentativní setkání s účastí těch, kteří tvoří horizonty daného oboru. Proč se ale jezdí za fytohormony právě do Prahy?
Obor fytohormonů má v české rostlinné biologii nejdelší badatelskou kontinuitu, jejíž začátky sahají až k počátku 20. století. Rudolf Dostál, žák Bohumila Němce, založil na Vysoké škole zemědělské v Brně (nyní Mendelova zemědělská a lesnická univerzita) školu experimentální morfologie, která se ve své době stala základnou bádání o rostlinných hormonech. Jejich existence byla podložena zpočátku nepřímými důkazy a sám Dostál v aventinské monografii z roku 1930 o hormonech lakonicky uvádí „...o jejich povaze však dosud nevíme nic“. K tomu, co víme po osmdesáti letech, přispěli nezanedbatelnou měrou i domácí vědci. K „dostálovské škole“, která udržovala kontinuitu záj-mu o hormony a jejíž dědictví demonstrovala i pražská konference, přibylo koncem šedesátých let minulého století na Ústavu experimentální botaniky ČSAV (dnes AV ČR, v. v. i.) nové středisko fytohormonálního výzkumu. Bylo zaměřeno nejen na rostlinné funkce, jež fytohormony regulují, ale i na biosyntézu a metabolismus hormonů a na mechanismy jejich působení. Soustředilo se nejprve na auxiny, později i na cytokininy. Jeho vznik je spojen s Milanem Kuláčkem (auxiny) a v pozdější etapě s Mirkem Kamínkem (cytokininy).
I v socialistickém období snížené propustnosti zadrátovaných hranic se podařilo v oblasti hormonálního výzkumu udržovat mezinárodní vztahy na relativně dobré úrovni. Jedním z nástrojů byly tematické „liblické konference“. Účastnicky byly překvapivě dobře obsazené a nabízely možnost setkání s oborovými guru, navázání spolupráce i metodické podněty. I díky nim vstoupila již na počátku devadesátých let česká rostlinná hormonologie na předem vybudovaná předmostí zahraniční spolupráce, aby se během následujícího desetiletí stala významným a vyhledávaným spoluhráčem a pronikla mezi oborovou elitu. Svědčí o tom čeští autoři objevující se recentně v Nature a Science. Vznikla i další domácí střediska hormonologického výzkumu, jako je Laboratoř regulátorů růstu, společné pracoviště Ústavu experimentální botaniky AV ČR a Univerzity Palackého v Olomouci, vedené Mirkem Strnadem, i pracoviště na Masarykově univerzitě v Brně. Je symptomatické, že sama ředitelka ústavu pořádajícího konferenci, Eva Zažímalová, je celou svou vědeckou kariérou s fytohormony spjata a představuje výraznou osobnost této oblasti. Fytohormonální summit v Praze byl tedy i zúročením dlouholeté koncepční práce a oborové tradice.
Buňky tabáku kultivované v živném médiu. Zeleně svítí molekuly auxinové přenašečové bílkoviny PIN1 označené zeleným fluorescenčním proteinem, červené tečky jsou nabarvené endocytické váčky.
Všechna fota: Kateřina Malínská, Archiv ÚEB
Co všechno „umí“ rostlinné hormony, o nichž se na konferenci jednalo?
Především očividné samozřejmosti, za nimiž laik ani hormonální regulace nehledá – samu polaritu rostliny, existenci zelené nadzemní části a kořenů i rozdílnou orientaci jejich růstu. Hormony „odpovídají“ také za obdivovanou rozmanitost rostlinných tvarů. Ta je založená na jednoduché panelové stavebnici používající články stonku a listu s úžlabním pupenem. Výsledná architektura záleží na tom, dá-li pupen vzniknout větvi a kolikrát se bude tato morfogenetická figura opakovat. Hormony zprostředkují i růstové reakce rostlin v závislosti na signálech vnějšího prostředí: především na gravitaci a viditelném záření (jeho spektrální kvalitě, délce v rámci dne i směru dopadu). To vše jako elementární projev prostorově orientovaného dělení a dloužení buněk, na němž se podílí hormonální regulace. Navíc hormony také spoluurčují toleranci či rezistenci rostlin ke stresům, suchu, chladu či zasolení.
Buňky tabáku kultivované v živném médiu. Zeleně svítí molekuly auxinové přenašečové bílkoviny PIN1 označené zeleným fluorescenčním proteinem.
Jak se hormony studují?
V experimentálním dávnověku byly rostliny postřikovány roztoky hormonů. Zjišťovalo se, k jakým morfologickým, anatomickým nebo cytologickým změnám došlo. Analyzovala se také hladina hormonů v jednotlivých částech rostliny a stanovovaly se její změny. Dnes se vstupuje do hormonální krajiny branou geneticko-molekulárních postupů. Jako společný jmenovatel se objevuje huseníček rolní, Arabidopsis thaliana, který má malý a již dlouho přečtený genom, v němž se geny dobře „loví“. Odpověď na otázku, proč má třeba rostlina více či málo větví, začíná získáním mutantů, kde je větvení potlačeno či ve srovnání s výchozím fenotypem zesíleno. V této kontrastní situaci pak použije molekulární genetika své nástroje – genomiku a proteomiku – aby
a) ulovila geny, jež jsou za to odpovědné,
b) zjistila, jak je regulovaná jejich exprese,
c) identifikovala jejich bílkovinné produkty,
d) případně tyto geny vpravila do cizích genomů a zjistila, že jsou nositeli dané vlastnosti.
Uváděné principy se pak uplatňují v rozplétání nepřehledně složité sítě interakcí mezi hormony navzájem i ve vztahu k signálům vnějšího prostředí. Ve stále větší míře jsou hormonální regulace sledovány na úrovni buňky s vizualizací transportu genových produktů do jednotlivých membránových přístavišť. Sdělení nových objevů jsou pak popisována laickému posluchači v nesdělné abecedě zkratek pro mutanty, geny i genové produkty.
Na co se přišlo?
Vyčlenit samostatný domácí příspěvek k poznání účinku hormonů je obtížné, ne-li nemožné. Obecné problémy hormonologie se řeší ve spolupráci s mezinárodními týmy. Jako častý partner již uváděných domácích pracovišť se na konferenci představilo Oddělení rostlinné a systémové biologie Univerzity v Gentu či Ústav biologie a aplikované genetiky berlínské Svobodné univerzity. Excelentní partneři.
Buňky tabáku kultivované v živném médiu. Zobrazeny jsou molekuly auxinové přenašečové bílkoviny PIN1 označené fluorescenčním proteinem.
K čemu je to dobré?
Je v povaze věci, že v rostlinné biologii lze řadu problémů vyvolaných a formulovaných praktickými potřebami řešit jen za předpokladu získání nových základních poznatků. Patří sem třeba celá oblast hormonálního řízení regenerace rostlin in vitro, ať již jde o buněčnou suspenzi či explantáty. Rozdíly mezi základním a aplikovaným výzkumem se stírají na pomezí poptávky rostlinných biotechnologií a nezbytnosti rozšířit poznatkovou základnu. Na druhé straně konference přinesla i několik inteligentních ukázek, jak mohou teoretické poznatky rostlinné hormonologie směřovat i ke společensky významným „praktickým“ cílům. Variace na téma více cytokininů, zvýšený růst užitečných či užitkových částí rostliny. Jednou bylo cíle dosaženo použitím inhibitoru degradace cytokininů, po druhé jejich zvýšenou syntézou v kořenech. V prvním případě byl výsledkem výrazný nárůst generativních částí rostliny a v konečné míře i plodů, v druhém mohutnější kořenový systém spojený s nižší potřebou využití minerálních hnojiv i zvýšenou tolerancí ke stresům. Není pak zásadních důvodů, aby poznatky získané u huseníčku nenašly adresáta i u hospodářských plodin.
Konference o rostlinných hormonech skončila a pořadatelé věří, že ji za pár let, tentokrát již s pořadovým číslem osm, zopakují. Oprávněná naděje dalšího vrcholného setkání.
Jan Krekule,
ústav experimentální botaniky AV ČR, v. v. i.
Obor fytohormonů má v české rostlinné biologii nejdelší badatelskou kontinuitu, jejíž začátky sahají až k počátku 20. století. Rudolf Dostál, žák Bohumila Němce, založil na Vysoké škole zemědělské v Brně (nyní Mendelova zemědělská a lesnická univerzita) školu experimentální morfologie, která se ve své době stala základnou bádání o rostlinných hormonech. Jejich existence byla podložena zpočátku nepřímými důkazy a sám Dostál v aventinské monografii z roku 1930 o hormonech lakonicky uvádí „...o jejich povaze však dosud nevíme nic“. K tomu, co víme po osmdesáti letech, přispěli nezanedbatelnou měrou i domácí vědci. K „dostálovské škole“, která udržovala kontinuitu záj-mu o hormony a jejíž dědictví demonstrovala i pražská konference, přibylo koncem šedesátých let minulého století na Ústavu experimentální botaniky ČSAV (dnes AV ČR, v. v. i.) nové středisko fytohormonálního výzkumu. Bylo zaměřeno nejen na rostlinné funkce, jež fytohormony regulují, ale i na biosyntézu a metabolismus hormonů a na mechanismy jejich působení. Soustředilo se nejprve na auxiny, později i na cytokininy. Jeho vznik je spojen s Milanem Kuláčkem (auxiny) a v pozdější etapě s Mirkem Kamínkem (cytokininy).
I v socialistickém období snížené propustnosti zadrátovaných hranic se podařilo v oblasti hormonálního výzkumu udržovat mezinárodní vztahy na relativně dobré úrovni. Jedním z nástrojů byly tematické „liblické konference“. Účastnicky byly překvapivě dobře obsazené a nabízely možnost setkání s oborovými guru, navázání spolupráce i metodické podněty. I díky nim vstoupila již na počátku devadesátých let česká rostlinná hormonologie na předem vybudovaná předmostí zahraniční spolupráce, aby se během následujícího desetiletí stala významným a vyhledávaným spoluhráčem a pronikla mezi oborovou elitu. Svědčí o tom čeští autoři objevující se recentně v Nature a Science. Vznikla i další domácí střediska hormonologického výzkumu, jako je Laboratoř regulátorů růstu, společné pracoviště Ústavu experimentální botaniky AV ČR a Univerzity Palackého v Olomouci, vedené Mirkem Strnadem, i pracoviště na Masarykově univerzitě v Brně. Je symptomatické, že sama ředitelka ústavu pořádajícího konferenci, Eva Zažímalová, je celou svou vědeckou kariérou s fytohormony spjata a představuje výraznou osobnost této oblasti. Fytohormonální summit v Praze byl tedy i zúročením dlouholeté koncepční práce a oborové tradice.
Buňky tabáku kultivované v živném médiu. Zeleně svítí molekuly auxinové přenašečové bílkoviny PIN1 označené zeleným fluorescenčním proteinem, červené tečky jsou nabarvené endocytické váčky.
Všechna fota: Kateřina Malínská, Archiv ÚEB
Co všechno „umí“ rostlinné hormony, o nichž se na konferenci jednalo?
Především očividné samozřejmosti, za nimiž laik ani hormonální regulace nehledá – samu polaritu rostliny, existenci zelené nadzemní části a kořenů i rozdílnou orientaci jejich růstu. Hormony „odpovídají“ také za obdivovanou rozmanitost rostlinných tvarů. Ta je založená na jednoduché panelové stavebnici používající články stonku a listu s úžlabním pupenem. Výsledná architektura záleží na tom, dá-li pupen vzniknout větvi a kolikrát se bude tato morfogenetická figura opakovat. Hormony zprostředkují i růstové reakce rostlin v závislosti na signálech vnějšího prostředí: především na gravitaci a viditelném záření (jeho spektrální kvalitě, délce v rámci dne i směru dopadu). To vše jako elementární projev prostorově orientovaného dělení a dloužení buněk, na němž se podílí hormonální regulace. Navíc hormony také spoluurčují toleranci či rezistenci rostlin ke stresům, suchu, chladu či zasolení.
Buňky tabáku kultivované v živném médiu. Zeleně svítí molekuly auxinové přenašečové bílkoviny PIN1 označené zeleným fluorescenčním proteinem.
Jak se hormony studují?
V experimentálním dávnověku byly rostliny postřikovány roztoky hormonů. Zjišťovalo se, k jakým morfologickým, anatomickým nebo cytologickým změnám došlo. Analyzovala se také hladina hormonů v jednotlivých částech rostliny a stanovovaly se její změny. Dnes se vstupuje do hormonální krajiny branou geneticko-molekulárních postupů. Jako společný jmenovatel se objevuje huseníček rolní, Arabidopsis thaliana, který má malý a již dlouho přečtený genom, v němž se geny dobře „loví“. Odpověď na otázku, proč má třeba rostlina více či málo větví, začíná získáním mutantů, kde je větvení potlačeno či ve srovnání s výchozím fenotypem zesíleno. V této kontrastní situaci pak použije molekulární genetika své nástroje – genomiku a proteomiku – aby
a) ulovila geny, jež jsou za to odpovědné,
b) zjistila, jak je regulovaná jejich exprese,
c) identifikovala jejich bílkovinné produkty,
d) případně tyto geny vpravila do cizích genomů a zjistila, že jsou nositeli dané vlastnosti.
Uváděné principy se pak uplatňují v rozplétání nepřehledně složité sítě interakcí mezi hormony navzájem i ve vztahu k signálům vnějšího prostředí. Ve stále větší míře jsou hormonální regulace sledovány na úrovni buňky s vizualizací transportu genových produktů do jednotlivých membránových přístavišť. Sdělení nových objevů jsou pak popisována laickému posluchači v nesdělné abecedě zkratek pro mutanty, geny i genové produkty.
Na co se přišlo?
Vyčlenit samostatný domácí příspěvek k poznání účinku hormonů je obtížné, ne-li nemožné. Obecné problémy hormonologie se řeší ve spolupráci s mezinárodními týmy. Jako častý partner již uváděných domácích pracovišť se na konferenci představilo Oddělení rostlinné a systémové biologie Univerzity v Gentu či Ústav biologie a aplikované genetiky berlínské Svobodné univerzity. Excelentní partneři.
Buňky tabáku kultivované v živném médiu. Zobrazeny jsou molekuly auxinové přenašečové bílkoviny PIN1 označené fluorescenčním proteinem.
K čemu je to dobré?
Je v povaze věci, že v rostlinné biologii lze řadu problémů vyvolaných a formulovaných praktickými potřebami řešit jen za předpokladu získání nových základních poznatků. Patří sem třeba celá oblast hormonálního řízení regenerace rostlin in vitro, ať již jde o buněčnou suspenzi či explantáty. Rozdíly mezi základním a aplikovaným výzkumem se stírají na pomezí poptávky rostlinných biotechnologií a nezbytnosti rozšířit poznatkovou základnu. Na druhé straně konference přinesla i několik inteligentních ukázek, jak mohou teoretické poznatky rostlinné hormonologie směřovat i ke společensky významným „praktickým“ cílům. Variace na téma více cytokininů, zvýšený růst užitečných či užitkových částí rostliny. Jednou bylo cíle dosaženo použitím inhibitoru degradace cytokininů, po druhé jejich zvýšenou syntézou v kořenech. V prvním případě byl výsledkem výrazný nárůst generativních částí rostliny a v konečné míře i plodů, v druhém mohutnější kořenový systém spojený s nižší potřebou využití minerálních hnojiv i zvýšenou tolerancí ke stresům. Není pak zásadních důvodů, aby poznatky získané u huseníčku nenašly adresáta i u hospodářských plodin.
Konference o rostlinných hormonech skončila a pořadatelé věří, že ji za pár let, tentokrát již s pořadovým číslem osm, zopakují. Oprávněná naděje dalšího vrcholného setkání.
Jan Krekule,
ústav experimentální botaniky AV ČR, v. v. i.
English
