Naše vědkyně a vědci společně s francouzskými kolegy objevili, že při obraně rostlin proti bakteriím hrají zásadní roli sloučeniny zvané fosfolipidy. Jedna z nich slouží jako signál spouštějící některé obranné reakce.

Mezinárodní tým popsal dosud neznámou molekulární dráhu, kterou rostliny reagují na přítomnost patogenních bakterií a aktivují mechanismy určené pro boj proti nim. Objev umožní lépe porozumět rostlinné imunitě, což může v budoucnu pomoci třeba při šlechtění plodin odolnějších vůči chorobám. Článek o výzkumu publikoval prestižní odborný časopis Plant Physiology.

Nejen lidé a zvířata, ale i rostliny mají svůj imunitní systém. Ten je chrání před patogeny, tedy původci chorob. Výzkum rostlinné imunity, která se výrazně liší od živočišné, přinesl v poslední době mnoho poznatků. V našich vědomostech však stále zůstávají bílá místa.

Jedno z nich nyní zaplnil tým s nadpolovičním podílem vědkyň a vědců z Ústavu experimentální botaniky AV ČR (ÚEB). Hlavními autorkami výsledné publikace byly Tetiana Kalachova a Eliška Škrabálková. Obě působí v ÚEB, Eliška Škrabálková je zároveň doktorskou studentkou na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy. Na výzkumu se podíleli také odborníci z několika francouzských institucí.

Jak rostliny poznají, že je napadl patogen a že s ním musí začít bojovat? Jejich buňky dokážou identifikovat molekuly typické pro původce chorob a zareagovat na ně spuštěním obranných mechanismů.

V případě bakterií jsou rostliny citlivé hlavně na bílkovinu flagelin obsaženou v bakteriálních bičících. Rostlinné proteiny umístěné na buněčném povrchu, které flagelin rozpoznávají, i proteiny, jež informaci o napadení předávají dovnitř buňky, jsou již dobře popsány. Některé studie však naznačovaly, že reakce na flagelin se účastní také látky ze skupiny fosfolipidů.

„Fosfolipidy jsou hlavní stavební kameny buněčných membrán. Kromě toho fungují i jako takzvané signální molekuly – spouštějí nebo regulují odpovědi buněk na různé podněty. Rozhodli jsme se proto lépe prozkoumat jejich roli v imunitních reakcích vyvolaných flagelinem,“ říká Tetiana Kalachova. Bioložka pocházející z Ukrajiny začala s výzkumem ve Francii a pokračovala v ÚEB, kde pracuje od roku 2016.

Rozdíl v hromadění kalózy u kontrolních rostlin huseníčku (levý sloupec, WT) a mutantních rostlin s nefunkčním genem pro enzym, který produkuje signální fosfolipid kyselinu fosfatidovou (pravý sloupec, dgk5.1). Nahoře jsou listy huseníčku za kontrolních podmínek, dole po ošetření bakteriálním proteinem flagelinem. U kontroly flagelin podporuje ukládání kalózy (světle modře), zatímco u mutanta k tomu nedochází. Foto Tetiana Kalachova.

Vědci použili oblíbenou pokusnou rostlinu huseníček rolní, přičemž kombinovali biochemické a molekulárněbiologické metody s pokročilou mikroskopií. Tým prokázal, že flagelin zvyšuje v buňkách huseníčku hladinu jednoho konkrétního fosfolipidu – kyseliny fosfatidové. Badatelé zároveň identifikovali klíčový enzym zodpovědný za její produkci.

Nakonec popsali celou molekulární dráhu, jež vede od proteinu (receptoru) rozpoznávajícího flagelin přes kyselinu fosfatidovou až ke spuštění imunitních reakcí. Ty zahrnují změny v aktivitě mnoha genů, zvýšení produkce takzvaných reaktivních forem kyslíku nebo ukládání kalózy v buněčných stěnách.

„Aktivace rostlinné imunity flagelinem je už poměrně dobře prozkoumaná – včetně molekulárních detailů cesty, jíž se v buňce šíří signál o přítomnosti tohoto bakteriálního proteinu,“ říká Tetiana Kalachova. „Byli jsme proto překvapeni, když jsme objevili ještě druhou, dosud neznámou signální dráhu. I ta se přitom výrazně podílí na účinné obraně proti bakteriím.“

„Biologové postupně zjišťují, že pro reakce rostlin na různé podněty nejsou důležité jen proteiny, ale také zatím poněkud podceňované fosfolipidy. Jak ukázal náš výzkum, bylo by obecně dobré jim věnovat větší pozornost,“ zdůrazňuje Eliška Škrabálková.

„Fosfolipidy mohou hrát roli při vyladění správné síly imunitní odpovědi. Mohly by také fungovat jako komunikační uzel, kde se sbíhají informace z více zdrojů. Účastní se totiž nejen reakce rostlin na patogeny, ale také na sucho, horko a jiné nepříznivé podmínky. Když důkladně porozumíme těmto funkcím fosfolipidů, bude to myslím v budoucnu užitečné například pro šlechtění plodin odolných proti chorobám a zároveň i proti klimatickým extrémům,“ uzavírá doktorka Kalachova.

Vlevo: Umístění proteinu DGK5 – enzymu zodpovědného za tvorbu kyseliny fosfatidové – v buňkách kořene (nahoře) a v kořenovém vlásku (dole). Uprostřed: Ve stejných vzorcích byly speciálním barvivem zviditelněny plazmatické membrány na povrchu buněk. Vpravo: Počítačová kombinace předchozích snímků. Bílá barva značí místa, kde se oba signály překrývají. Je patrné, že molekuly proteinu jsou z velké části lokalizovány na plazmatické membráně. Foto Eliška Škrabálková.

Protein DGK5 (vlevo, zeleně) a kyselina fosfatidová (uprostřed, růžovofialově) v buňkách listové pokožky tabáku Nicotiana benthamiana. Vpravo vidíte kombinaci těchto snímků, bíle je znázorněn překryv obou barevných signálů. Fotografie dokazují, že zkoumaný enzym DGK5 i jeho produkt kyselina fosfatidová se nacházejí na plazmatické membráně na povrchu buňky. Foto Eliška Škrabálková.