Kořeny rostlin odpovídají na různé podněty včetně gravitace. Podstatnou roli v tomto procesu mají rostlinný hormon auxin a bílkoviny, které ho přenášejí mezi buňkami. Jednou z těchto bílkovin je PIN2, přičemž čeští a rakouští vědci nyní odhalili pozoruhodné detaily o její funkci. Jejich výsledky zveřejnil prestižní časopis Nature Communications.
Vědci ve studii popsali mechanismus, kterým rostlinné hormony regulují aktivitu PIN2. Přitom objevili, že dynamika fungování PIN2 je podstatně jiná, než se dosud předpokládalo. To vše umožňuje lepší pochopení procesů, jak se kořenový systém přizpůsobuje podmínkám prostředí, aby zajistil správné zásobování rostliny vodou a minerály.
„Tyto procesy se odehrávají na úrovni buněk, mají ovšem dalekosáhlé důsledky na úrovni celé rostliny. Naše výsledky naznačují, že protein PIN2 zodpovídá za přesné vyladění reakce kořene na signály z prostředí. Takové vyladění umožňuje kořenům odpovídat pružně a zároveň přesněji – což zvyšuje šanci rostliny na přežití. V budoucnu chceme zkoumat, jak kořeny reagují na různé zemědělsky významné stresy a jak se jim přizpůsobují,“ říká hlavní autorka článku v Nature Communications Katarzyna Retzer, která se tomuto tématu nyní věnuje v Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR.
Kam růst?
Biologové už více než sto let studují, „jak kořeny vědí, kam růst“. Detaily celého procesu jsou složité a ještě ne zcela prozkoumané. Rakouský vědec Christian Luschnig v roce 1998 objevil, že pro odpověď kořene na gravitaci je důležitý protein PIN2, který přenáší auxin z vnitřku buněk ven. Nyní vedl zmíněný česko-rakouský tým a Katarzyna Retzer byla jednou z jeho doktorandek.
Mikroskopický snímek živého kořene, který reaguje na zemskou přitažlivost. Žlutozelená barva označuje místa s vysokou koncentrací bílkoviny PIN2
„Během působení v naší laboratoři Kati navázala několik nových mezinárodních spoluprací, které nám velice pomáhají se zapojením do aktuálního výzkumu dynamiky proteinů na plazmatické membráně. Přinesla do týmu svoji biochemickou odbornost a elegantně ji kombinuje s využíváním pokročilých mikroskopů u nás v ústavu,“ říká spoluautor článku a vedoucí laboratoře hormonálních regulací u rostlin v Ústavu experimentální botaniky Jan Petrášek.
PIN2 překvapivě rostlinu chrání také před nadměrným ohybem kořene
Katarzyna Retzer, Christian Luschnig a jejich kolegové z Akademie věd ČR a dvou rakouských institucí zjistili, že rostlinné hormony zvané brasinosteroidy ovlivňují umístění PIN2 v buňkách. Blokují jeho transport z plazmatické membrány na povrchu buňky do vnitrobuněčných struktur, kde je protein deaktivován a později může být i odbourán. Ve výsledku zůstává na povrchu více PIN2, což stimuluje tok auxinu mezi kořenovými buňkami.
Kořen simulovaný v počítači umožňuje předpovídat toky auxinu. Počítačový model distribuce auxinu v ohýbajícím se kořeni; tmavší zbavení znamená vyšší koncentraci tohoto hormonu
„Byl to důležitý objev, ale některé naše pokusy dávaly matoucí výsledky. Abychom je vysvětlili, rozšířili jsme náš výzkum – a přišli jsme na něco zcela neočekávaného,“ říká vědkyně Retzer. Rostlinní biologové tradičně předpokládali, že kořeny potřebují PIN2 k nastartování své reakce na gravitaci. Nynější experimenty ovšem ukázaly, že PIN2 ve skutečnosti zpomaluje ohyb kořene v jeho pozdních fázích.
Tuto domněnku podpořil také matematický model auxinového transportu kořenem, který vyvinula Maria Akhmanova, další členka výzkumného týmu z Rakouska. Bílkovina PIN2 tedy chrání kořen před nadměrnou reakcí – větším ohybem, než jaký je v dané situaci přiměřený. Takové jemné vyladění může být velmi užitečné pro přežití rostliny.
Na výzkumu se podíleli vědci a vědkyně z University of Natural Resources and Life Sciences ve Vídni, Institute of Science and Technology Austria v rakouském Klosterneuburgu, Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR v Praze and Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy v Praze.