Auxin je důležitý rostlinný hormon. Čeští vědci teď zjistili, jak buňky regulují svou vnitřní koncentraci auxinu: řídí aktivitu genů pro bílkoviny, které ho přenášejí mezi buňkou a vnějším prostředím.

Na objevu se podíleli odborníci z Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR (ÚEB) a z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy (PřF UK). Článek pojednávající o výsledcích výzkumu publikoval prestižní vědecký časopis The Plant Journal.

Nebudeme moc přehánět, když řekneme, že auxin „mluví“ v rostlině téměř do všeho. Tento hormon řídí růst a vývoj jedince, vznik nových orgánů i reakce na různé podněty, například světlo nebo zemskou přitažlivost.

Pro působení auxinu jsou klíčové jeho koncentrace v konkrétních místech rostlinného těla. Ty závisejí na tom, jak jsou směrovány toky hormonu uvnitř jednotlivých pletiv či orgánů. Hlavními regulátory toků jsou bílkoviny, které přenášejí auxin dovnitř buněk, nebo naopak ven z nich.

Česká rostlinná biologie má ve výzkumu auxinu dlouhou tradici a připsala si už mnoho důležitých objevů. Patří k nim také důkaz, že bílkoviny zvané PIN fungují jako přenašeče auxinu z vnitřku buněk směrem ven. Na tomto objevu se v roce 2006 podílely týmy profesorky Evy Zažímalové z ÚEB a profesora Jiřího Frimla, působícího tehdy v Německu. Skupinu z ÚEB nyní vede doktor Jan Petrášek, který ve studiu proteinů PIN úspěšně pokračuje se svými kolegy.

V roce 2019 publikoval tým vedený Janem Petráškem překvapivá zjištění ohledně regulace hladin auxinu. Ta byla zatím studována hlavně na úrovni rostlinných pletiv či orgánů. Vědci z ÚEB a PřF UK ovšem pracují s buněčnou kulturou tabáku, která je ideální pro výzkum na úrovni jednotlivých buněk.

Použitím důmyslných experimentálních metod, kombinovaných s matematickým modelováním, tak mohl tým detailně popsat, jak tabákové buňky reagují na změny v transportu auxinu.

Řetízek několika buněk z buněčné kultury tabáku. Snímek uprostřed ukazuje hlavní vnitrobuněčné struktury, snímek vlevo pak umístění auxinového přenašeče PIN11, značeného zeleně fluoreskujícím proteinem. Vpravo je překryv obou obrázků. Foto Kateřina Malínská.

Vědci nejdříve v dědičné informaci tabáku identifikovali geny pro bílkoviny PIN, které přenášejí auxin ven z buněk, a bílkoviny LAX, které jej naopak přenášejí dovnitř. Poté uměle zvyšovali aktivitu genů pro jednotlivé proteiny z rodiny PIN. U jednoho z nich zaznamenali silný efekt svědčící o zrychleném výtoku auxinu, jak se dalo očekávat. Buňky hromadily méně hormonu a jevily známky jeho nedostatku.

Překvapivé však bylo, že se zároveň dramaticky zrychlil transport auxinu opačným směrem – dovnitř buněk. Jako kdyby chtěly nahradit ztráty hormonu zvýšením jeho příjmu.

Autoři výzkumu následně zjistili, že uměle zvýšené množství zmíněného proteinu PIN má dva důsledky. Za prvé spouští aktivitu genu pro jeden protein z rodiny LAX, který přenáší auxin do buňky. Současně také tlumí aktivitu genů pro několik svých „kolegů“ z rodiny PIN, které transportují auxin ven z buňky. Podobný efekt má pěstování tabákové kultury v roztoku bez obsahu auxinu. Buňky se tedy snaží kompenzovat nedostatek tohoto hormonu tak, že zvýší jeho příjem a omezí výdej.

„Nejdůležitější zjištění je, že rostlinné buňky dokážou rychle regulovat množství auxinu, které do nich přitéká nebo z nich naopak vytéká. Oba směry transportu jsou přitom řízeny koordinovaně. V publikaci ukazujeme, že když dojde ke zvýšení výtoku, ihned se aktivuje zcela specifický protein přenášející auxin dovnitř buňky, jenž se snaží situaci kompenzovat,“ shrnuje doktor Petrášek.

Doktor Karel Müller, hlavní autor článku v The Plant Journal, dodává: „V tomto projektu jsem zodpovídal za měření genové aktivity. Bylo to skutečně hodně práce, protože nakonec jsme sledovali aktivitu celkem deseti genů pro auxinové přenašeče. Mám tedy radost, že výsledky jsou tak zajímavé. Pomohou nám v budoucnu podrobněji zmapovat molekulární mechanismy, kterými rostliny udržují optimální hladinu auxinu ve svých buňkách.“

* * *

Citace článku:

Karel Müller, Petr Hošek, Martina Laňková, Stanislav Vosolsobě, Kateřina Malínská, Mária Čarná, Markéta Fílová, Petre I Dobrev, Michaela Helusová, Klára Hoyerová, Jan Petrášek (2019): Transcription of specific auxin efflux and influx carriers drives auxin homeostasis in tobacco cells. The Plant Journal 100, 627–640. doi: 10.1111/tpj.14474

dostupné online na https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/tpj.14474

Text: Jan Kolář, Ústav experimentální botaniky AV ČR.