I s rostlinami cvičí hormony. Vědci studují jak

Jak kořeny vědí, kam mají růst? Proč se květy natáčejí za sluncem? A jak to, že housence zprvu chutný lístek po pár soustech nejede? V tom všem mají prsty rostlinné hormony. A na svědomí toho mají ještě mnohem víc. Fytohormonům se věnuje aktuální číslo časopisu A / Věda a výzkum, který vydává Akademie věd ČR.

Bouřkové mraky zaplavily letní oblohu, zvedá se vítr, začíná hřmít. Během chvilky už zemi bičuje pořádný slejvák a kroupy na sebe nenechají dlouho čekat. I ten nejmenší brouček vzal nohy na ramena a snaží se najít vhodný úkryt. Jen rostliny bouři hrdě vzdorují přesně tam, kde byly, když začala. Nic jiného jim ani nezbývá…

„Na rozdíl od živočichů nemohou před nepřízní počasí nebo nebezpečím nikam utéct. Musí proto neuvěřitelně mazaně koordinovat svůj růst a vývoj a umět se pružně přizpůsobit změnám prostředí. A přesně to jim umožňují rostlinné hormony neboli fytohormony,“ vysvětluje Jan Petrášek z Ústavu experimentální botaniky AV ČR.

Jan Petrášek z Ústavu experimentální botaniky AV ČR

Podle diktátu těchto látek se vyvíjí všech 350 tisíc rostlinných druhů, které na Zemi odhadem existují. Stometrovou sekvoj ve slunné Kalifornii tak řídí obdobné mechanismy jako drobnou sedmikrásku kdesi v příkopu u Horní Dolní. Výsledný vzhled každé květiny, keře nebo stromu je ostatně taky dílem hormonů.

A čím se tyto látky liší od svých jmenovců u člověka? Zatímco lidské hormony vznikají ve specializovaných orgánech, rostlinné se tvoří prakticky ve všech buňkách jejich těla. Na místo potřeby pak pletivy cestují i za pomoci přenašečů – buňky si tedy látku předávají mezi sebou a jejich toky rozhodují o reakci rostliny.

Každý z devíti dosud popsaných druhů fytohormonů pak plní hned několik funkcí a ve svém působení se všelijak doplňují. U lidí přitom platí: co hormon, to striktně daný úkol v konkrétní části organismu.

Ke sledování přenosu hormonů v živých rostlinách vědci využívají i tzv. horizontální mikroskop.

Za vším hledej auxin

„Proč v přírodě na místech, kam často chodíme ‚na malou‘, roste tráva rychleji než jinde?“ lámali si hlavu naši předkové. I snaha získat odpověď na tuto zdánlivě banální otázku přispěla k objevu jednoho z nejvšestrannějších fytohormonů – auxinu.

Jeho účinky studoval britský přírodovědec Charles Darwin už na konci devatenáctého století, neměl však tušení o chemické podstatě této látky. Tu vědci objasnili až ve čtyřicátých letech století následujícího, a to právě díky analýzám lidské moči, v níž hledali růstové látky a která shodou okolností obsahuje obrovské množství strukturou naprosto totožné sloučeniny.

„Tento hormon ovlivňuje především dělení a prodlužování buněk, a tím růst stonků, větví i kořenového systému. Vedle toho má však na svědomí také všechny ohybové reakce rostlin za světlem i to, že každá bylina nebo strom má hlavní stonek, který řídí růst ostatních výhonů,“ popisuje Jan Petrášek.

Procesy přenášení auxinu v kořenové špičce lze pozorovat za pomoci fluorescenčních bílkovin.

Tím však výčet rolí auxinu nekončí. Může třeba také za to, že kořeny spořádaně rostou ve směru gravitace. Částečně je k tomu nutí těžká škrobová zrna v buňkách jejich špičky, která ji táhnou dolů. Nicméně to, že kořen dokáže obrůst případnou překážku a na původní trasu navázat, už je zásluhou auxinu.

Jak to zařídí? Fytohormon se začne více produkovat a přesouvat na jednu stranu špičky kořene. V části, kde je ho více, se pak pletivo neprotahuje tak intenzivně a kořen se ohýbá.

PIN nemá jen mobil a kreditka

Když už je řeč o dění v půdě, je třeba zmínit i to, že auxin stojí také za tvorbou postranních kořenů. Některé buňky kořenové špičky si totiž hned na začátku procesu zakořeňování doslova označkuje, a když za čas nastane vhodná chvíle pro větvení podzemního orgánu, hormon jim jednoduše přikáže, aby se začaly dělit.

Jednoduché buněčné kultury tabáku jsou ideálním objektem po sledování rostlinných hormonálních procesů.

„Ty označkované buňky se tak musí vysloveně procpat všemi buněčnými vrstvami, které se utvořily nad nimi, takže vznik postranního kořene musí podle mě organismus docela dost bolet,“ spekuluje Jan Petrášek.

Laboratoř hormonálních regulací u rostlin, kterou v pražských Lysolajích vede, se právě na výzkum auxinu a další důležité skupiny fytohormonů jménem cytokininy zaměřuje. A na kontě má spoustu důležitých objevů.

Nedávno se například tamním vědcům ve spolupráci s kolegy z Vídně podařilo jako prvním na světě přinést důkazy o tom, že sofistikovaný mechanismus přenosu auxinu z buňky do buňky za pomoci přenašečů v podobě bílkovin zvaných PIN má stovky milionů let starý původ.

„Zjistili jsme, že tuto schopnost měly už zelené sladkovodní řasy, což jsou evoluční předci vyšších rostliny. Auxin tedy využíval tyto přenašeče už před přechodem rostlin na souš, který se odehrál asi před čtyři sta padesáti miliony let,“ shrnuje experimentální botanik výsledky studie publikované v prestižním vědeckém časopise Nature Plants.

Když se kytka vystresuje

Přílišné horko či zima, sucho nebo napadení škůdci a chorobami. To jsou největší noční můry většiny zástupců vegetace. A taky zdroje pořádného stresu. I vystresovaná rostlina se však dokáže nepříznivým podmínkám aktivně bránit. Jak? Přece za pomoci fytohormonů. Ty totiž určují, jaké obranné strategie organismus v boji o přežití zaujme.

Třeba před okusem housenek některé rostliny chrání látka s poetickým jménem – kyselina jasmínová. A jde na to od lesa. Ve chvíli, kdy se hladový tvor zakousne do prvního lístku, spustí tento hormon produkci speciálních bílkovin, které zajistí, že další sousta už si nenechavý mlsoun rozhodně nevychutná. Pletivo celé rostliny se totiž díky zásahu kyseliny jasmínové promění v pro housenku zcela nechutnou a nestravitelnou hmotu.

Když si zase na bylinku troufne nějaká houba nebo bakterie, o její záchranu se postará kyselina salicylová, která zahájí syntézu ochranných proteinů. Při nedostatku vláhy pak zasahují třeba již zmiňované cytokininy – zvládnou totiž v případě potřeby přetvořit rostlinná pletiva tak, aby byla odolnější.

Fungování fytohormonů výzkumníci studují hlavně na huseníčku rolním.

„Konkrétní obranné mechanismy rostlin v reakci na stres zkoumáme za pomoci nejrůznějších experimentů. Týden je třeba nezaléváme, vystavujeme je teplotním šokům a podobně. Každý pokus tedy potřebuje úplně jiný režim. Kultivačních boxů však máme k dispozici jen pár, takže máme na vědecké ‚týrání‘ kytek neustále málo prostoru a o místo v boxech je často lítý boj,“ směje se Jan Petrášek.

Modelem lysolajským vědcům nejčastěji stojí drobná bylina huseníček rolní. A to nejen při „mučících“ experimentech. Zkoumají na něm hlavně, jak funguje spolupráce auxinu a cytokininu v rostlinách. Ideálním objektem pro tento výzkum jsou také jednoduché buněčné kultury tabáku.

K novým poznatkům pomáhá týmu Jana Petráška zejména nejlépe vybavená mikroskopická laboratoř v republice, ve které mohou výzkumníci například detailně pozorovat konkrétní signální dráhy jednotlivých hormonů v rostlinách. Jejich množství v pletivech pak určují pomocí špičkových analytických metod a předpovídat, jak se bude organismus při hormonální změně chovat, jim umožňuje matematické modelování.

Zklidni hormon, bylino!

Kdesi uprostřed lesa se povaluje miniaturní semínko. A v něm zárodek nové květiny. Do života se ale moc nehrne. Vždyť v tomto stavu už toto rostlinné embryo strávilo celá léta.

V cestě na svět mu totiž brání hormon jménem kyselina abscisová. Striktně a vytrvale. Když už jsou ale podmínky pro vyklíčení konečně dokonalé, vstupuje do děje kyselina giberelinová, svou kolegyni, která nad zárodkem držela nadvládu doposud, umlčí a semínku dovolí vesele bujet.

Rostliny huseníčku kultivované v hydroponii lze snadno vystavit působení látek či stresu.

„Tehdy nastává jakési období rozbouřených hormonů, kdy v rostlině probíhá mnoho důležitých vývojových procesů nejednou,“ vypráví Jan Petrášek. „I s rostlinami tedy v podstatě cloumá puberta. Jen to na nich není tak vidět jako na našich potomcích,“ usmívá se vědec.

Co by se ale stalo, kdyby žádné fytohormony neexistovaly? Vyklíčila by vegetace vůbec? A pokud ano, vyrostla a zakořenila by pak nějak? Tyto otázky vrtají vědcům v hlavách již dlouhá léta.

„Možná, že se v rostlinách skrývá ještě něco dalšího, co by jim umožnilo i bez pomoci hormonů obsloužit všechny jejich základní funkce. Zatím to tak ale nevypadá. Vždyť jen to, aby se nějaký jejich orgán protáhl, vyžaduje okamžitou součinnost hned tří fytohormonů,“ uvažuje Jan Petrášek. „Tyto látky zkrátka v rostlinách strkají prsty prakticky do všeho a bez nich bychom zeleň zřejmě ani neznali.“

Celý článek s dalšími zajímavostmi najdete v časopise A / Věda a výzkum, který je k dispozici také online:

Připravila: Radka Římanová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR
Foto: Shutterstock; Jana Plavec, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR; Archiv Jana Petráška, Ústav experimentální botaniky AV ČR

Přečtěte si také

• Jak buňky reagují na stres? Tým zpřesnil popis vzniku protistresového proteinu
• I v oddělení biologie nádorů může být sranda, říká Veronika Vymetálková
• Vědci z Akademie věd popsali, jak fungují molekulární nůžky na stříhání RNA
• Vědci odhalili mutace, které spouštějí leukémii. Jejich objev může pomoci léčbě
• Změny v DNA a karcinogenní účinky: I to může odhalit toxikologický inkubátor
• Ječmen „live“: Češi jako první na světě umí živě sledovat dělení jeho buněk
• Ohrožená ňadra: vědci popsali rizikové varianty genu způsobujícího karcinom prsu
• Enzym „ptakopysk“ pomůže s vývojem nových účinnějších antibiotik
• Buňka je polívka se spoustou ingrediencí, říká Roman Pleskot
• Žralok malohlavý zná recept na dlouhověkost, dožívá se více než 400 let