Klára Hoyerová a Miroslav Kamínek z Ústavu experimentální botaniky AV ČR, v. v. i., (ÚEB) ve spolupráci s Technickou univerzitou (ETH) ve švýcarském Curychu zkoumali enzym nezbytný pro tvorbu rostlinného hormonu cytokininu. Zjistili, že pokud se jeho aktivita pokusně zvýší, dokáže rostlina nadbytečný cytokinin zneškodnit. Rovněž objevili, jakým způsobem je enzym směrován do různých částí buňky. Výsledky byly zveřejněny v posledním čísle prestižního časopisu Plant Physiology.

Cytokinin, přesněji cytokininy, protože jde o skupinu příbuzných látek s podobnými účinky,  se významně podílejí na řízení vývoje rostlin. Především podporují dělení buněk, zakládání pupenů, růst a větvení nadzemních částí, urychlují vývoj listů a zpomalují jejich stárnutí. Rovněž mají příznivý vliv na využití minerálních živin rostlinou. Všechny tyto procesy jsou důležité pro tvorbu výnosu plodin. Studium cytokininů má tedy velký praktický význam.

Aby se rostlina správně vyvíjela, musí být hladina cytokininů v buňkách precizně regulována. Základem je rovnováha mezi jejich tvorbou (biosyntézou) a odbouráváním. Vědci z ÚEB a ETH se zaměřili na jeden z enzymů, které jsou u modelové rostliny huseníčku zodpovědné za klíčový krok biosyntézy.

V první části projektu uměle zvýšili produkci enzymu v rostlině, a tím i tvorbu cytokininů. Velká část jich však byla doslova zneškodněna: k jejich molekule byl připojen cukr glukóza, čímž ztratily své hormonální účinky. Tento biochemický mechanizmus tudíž slouží k udržení optimální koncentrace aktivních cytokininů v buňce.

Zatímco výsledky první části spíše zpřesnily již známé poznatky, v té druhé čekal na biology významný objev. Zjistili, že studovaný enzym může být upraven takzvanou farnesylací - k jeho molekule se připojí farnesylová skupina, uhlovodíkový řetězec s patnácti uhlíky. Taková úprava není u rostlinných bílkovin neobvyklá, zde má však velmi zajímavé důsledky.

Aby se bílkoviny dostaly na správné místo v buňce, mají v molekulách úseky sloužící jako „poštovní adresy". Enzym, který Češi a Švýcaři zkoumali, putuje do chloroplastů - útvarů, kde probíhá fotosyntéza. Farnesylace ovšem zcela „přepíše" doručovací adresu a nasměruje jej do buněčného jádra. Není zatím zcela jasné, jaký má změna umístění enzymu význam. Patrně mění místo biosyntézy cytokininů, což může mít na rostlinu značný dopad. „Cytokininy například stimulují dělení a další vývoj chloroplastů a zpomalují jejich stárnutí. Zlepšují tak fotosyntézu a následně výnosy. Lze předpokládat, že tyto blahodárné účinky budou silnější u cytokininů vznikajících přímo v chloroplastech," říká doktor Kamínek.

Výzkum ukázal, že rostliny jsou schopné nejen účinně regulovat hladinu cytokininů, ale také směrovat jejich biosyntézu do různých částí buňky. To jsou zásadní informace pro biology v základním výzkumu i pro ty, kdo se snaží využít cytokininy v zemědělství.

K výzkumu enzymu potřebného pro vznik cytokininů použili vědci celý arzenál důmyslných biochemických a molekulárně biologických metod. Například aby mohli sledovat jeho umístění v buňce, připojili k molekule enzymu malou zeleně světélkující bílkovinu. Mikroskopický snímek vlevo zobrazuje buňky z pokožky cibule, snímek vpravo jejich světélkování, soustředěné pouze do buněčného jádra. V jádře se přednostně vyskytuje jedna z forem studovaného enzymu.

 

Kontakt:
Ing. Miroslav Kamínek, CSc., Ing. Klára Hoyerová, Ph.D.
Ústav experimentální botaniky AV ČR, v. v. i., Laboratoř hormonálních regulací u rostlin
tel.: 225 106 445, e-mail: kaminek@ueb.cas.cz; hoyerova@ueb.cas.cz

další informace:
www stránky Ústavu experimentální botaniky:
http://www.ueb.cas.cz/
http://www.ueb.cas.cz/fotopribeh
www stránky Laboratoře hormonálních regulací u rostlin v ÚEB: http://lhr.ueb.cas.cz/index.php

 

zdroj: tisková zpráva Akademie věd ČR