Odborníci ze společného pracoviště našeho ústavu a Univerzity Palackého v Olomouci se podíleli na objevu, který podstatně rozšiřuje znalosti o důležitých rostlinných hormonech brassinosteroidech.

Mezinárodní tým ukázal, že prekurzory – látky, z nichž rostlina vytváří aktivní hormony – putují mezi buňkami skrze mikroskopické kanálky zvané plasmodesmata. Vzniklé hormony navíc zpětně ovlivňují transport prekurzorů, čímž řídí svou vlastní hladinu v buňkách.

Objev umožní lépe porozumět tomu, jak brassinosteroidy regulují růst a vývoj rostlin včetně důležitých zemědělských plodin. Výsledky výzkumu publikoval prestižní časopis Nature Chemical Biology.

Brassinosteroidní hormony ovlivňují mnoho důležitých procesů, které souvisejí s růstem a vývojem rostlin i s jejich reakcemi na nepříznivé podmínky prostředí. Výzkumem této skupiny sloučenin se dlouhodobě zabývá tým vědců z Laboratoře růstových regulátorů (LRR), společného pracoviště Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR a Univerzity Palackého v Olomouci.

Před časem se experti z LRR podíleli na projektu, který studoval tvorbu a biologické působení brassinosteroidů během raného vývoje kořenů. Výzkum dokázal, že prekurzory, z nichž tyto hormony vznikají, musí nějakým způsobem putovat v kořeni mezi buňkami. Vědci však nevěděli jak.

Na zodpovězení této důležité otázky se nyní zaměřil následný projekt vedený profesorkou Eugenií Russinovou z univerzity v belgickém Gentu. Síly v něm spojili vědci z pěti zemí, včetně Miroslava Kvasnici a Karoll Ferrer z olomoucké LRR. Badatelé využili širokou paletu vzájemně se doplňujících metod z oborů biochemie, organické chemie, molekulární biologie a pokročilé mikroskopie.

Miroslav Kvasnica a Karoll Ferrer z olomoucké Laboratoře růstových regulátorů, která je společným pracovištěm Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR a Univerzity Palackého v Olomouci. Foto: Ota Blahoušek, UPOL.

Mezinárodní tým objevil, že prekurzory brassinosteroidních hormonů se v rostlinách pohybují pouze na krátké vzdálenosti, a to způsobem, který dosud nikdo nepopsal. Procházejí totiž z buňky do buňky mikroskopickými kanálky nazývanými plasmodesmata.

Ještě zajímavější je, že hotové hormony zpětně ovlivňují propustnost plasmodesmat, čímž regulují transport svých prekurzorů, a v důsledku toho i svou vlastní koncentraci v buňkách. Tato zpětná vazba zřejmě pomáhá rostlině udržovat optimální hladinu brassinosteroidů v různých částech jejího těla.

Miroslav Kvasnica a jeho kolegyně Karoll Ferrer z LRR jsou chemici, kteří se specializují na syntézu brassinosteroidů a jim příbuzných látek a na testování jejich biologických účinků. Společně syntetizovali 22-hydroxycampesterol, který sehrál klíčovou roli při prokázání transportu plasmodesmaty.

„Tato sloučenina se vyskytuje v rostlinách jako prekurzor brassinosteroidních hormonů. Není ale komerčně dostupná jako čistá látka, a navíc je její syntéza poměrně komplikovaná. V Olomouci jsme ji ovšem zvládli – stejně jako přípravu dalších podobných látek, které byly použity v tomto i jiných projektech,“ říká Miroslav Kvasnica.

Nové objevy zveřejněné v časopise Nature Chemical Biology jsou ve studiu brassinosteroidů velkým krokem kupředu. To je důležité nejen pro základní výzkum, ale i z praktického hlediska.

Pokud lépe pochopíme molekulární děje s těmito hormony spojené, můžeme poznatky v budoucnu využít například při šlechtění nových odrůd plodin, jejichž růst, vývoj či odolnost proti nepříznivým podmínkám budou „vyladěny“ podle konkrétních potřeb zemědělců.

Mikroskopický důkaz, že hormony brassinosteroidy snižují propustnost mezibuněčných kanálků zvaných plasmodesmata, čímž zpětnovazebně regulují svou koncentraci. V jedné buňce kořene huseníčku aktivovali vědci světelným impulsem speciální svítící (fluorescenční) bílkovinu, která slouží jako viditelná značka. Horní řada: v kontrolním vzorku se aktivovaná bílkovina (žlutě) rychle šíří do okolních buněk. Dolní řada: ve vzorku ošetřeném brassinosteroidem se fluorescenční značka téměř nešíří. Autor: Marija Smokvarska, Université de Bordeaux.

* * *

Odkaz na článek:

Wang Y, Perez-Sancho J, Platre MP, et al. (2023): Plasmodesmata mediate cell-to-cell transport of brassinosteroid hormones. Nature Chemical Biology, https://www.nature.com/articles/s41589-023-01346-x, doi: 10.1038/s41589-023-01346-x (placený přístup)