Imunitní reakce rostlin v přímém přenosu

Poprvé v historii je možné sledovat, jak rostliny v reálném čase aktivují svou obranu proti chorobám, a to díky unikátnímu proteinovému senzoru, který vyvinuly vědecké týmy z Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR, Velké Británie, Německa a Srí Lanky. Objev publikovaný v prestižním časopise Science přináší zcela nový pohled na kyselinu salicylovou, imunitní hormon, a otevírá nové možnosti pro zemědělství i medicínu.

Choroby a škůdci způsobují pěstitelům velké ztráty, přičemž běžnou ochranou jsou dnes chemické postřiky. Alternativou, která je příznivější pro životní prostředí i pro zemědělce, je posílení přirozené obranyschopnosti rostlin. Kyselina salicylová, přirozená látka známá z vrbové kůry, působí v rostlinách jako klíčový hormon, který spouští a řídí jejich imunitní reakce. Když rostlinu napadne patogen, její buňky zvýší produkci tohoto hormonu a vyšlou varování do okolních pletiv. Až doposud však nebylo možné tento proces sledovat v živých rostlinách s dostatečnou přesností.

Molekulární senzor, který „vidí“ imunitu rostlin

Tým vedený Alexanderem Jonesem z Univerzity v Cambridge proto vytvořil proteinový biosenzor nazvaný SalicS1. Senzor mění fluorescenci, tedy světelnou vlastnost, kterou lze sledovat mikroskopem, podle množství kyseliny salicylové v buňce. Když se hladina hormonu v buňce zvýší, senzor začne doslova svítit jinak.

Tento revoluční nástroj bylo ale zapotřebí důkladně otestovat a potvrdit, zda skutečně spolehlivě měří hladiny kyseliny salicylové v různých scénářích imunitní odpovědi. Se zadáním si díky své praxi s různými rostlinnými patogeny úspěšně poradil tým Laboratoře patofyziologie rostlin Ústavu experimentální botaniky AV ČR (ÚEB AV ČR).

„Vidět imunitní reakci rostliny v přímém přenosu jsme si ještě před pár lety neuměli představit. Tohoto výsledku bylo možné dosáhnout díky propojení různých vědeckých přístupů a zkušeností z více zemí. Naším úkolem bylo ověřit funkci senzoru při napadení rostlin bakteriemi, mikroskopickými houbami i mšicemi přímo v živých rostlinách,“ vysvětluje vedoucí laboratoře Lenka Burketová z ÚEB AV ČR.

Český tým umožnil detailní pohled do rostlinných buněk

„Poprvé jsme mohli reálně sledovat, jak rostlina reaguje na infekci,“ říká vědkyně Tetiana Kalachova z ÚEB AV ČR, jedna z autorek článku. Podle ní bylo fascinující pozorovat, jak se vlna imunitního signálu šíří z místa napadení do okolních pletiv. „Díky tomu získáváme unikátní pohled na to, jak rostliny vyvažují obranu a růst. Nyní mohou vědci začít hledat způsoby, jak tuto rovnováhu ovlivnit ve prospěch odolnějších plodin,“ vysvětlila Tetiana Kalachova.

Další z autorek, Hana Leontovyčová, zdůraznila mimořádnou přesnost nové metody. „Pro běžné chemické stanovení kyseliny salicylové jsme dříve potřebovali vzorky listů o velikosti několika centimetrů. Se senzorem jsme řádově na úrovni tisícin milimetru. Máme tak vlastně mnohem detailnější představu o tom, co se v rostlině skutečně děje,“ dodává.

Nové možnosti pro zemědělství i medicínu

Kyselina salicylová neřídí jen okamžitou imunitní reakci rostlin, ale podílí se také na tzv. systémové rezistenci – stavu, který pomáhá rostlině bránit se i při dalších napadeních. Lepší pochopení tohoto mechanismu může přispět k vyšlechtění plodin s přirozenou a dlouhodobou odolností, a tím omezit potřebu chemické ochrany.

„Patogeny se vyvíjejí velmi rychle a dokážou imunitu rostlin potlačovat,“ doplňuje vědkyně Tetiana Kalachova. „Díky SalicS1 nyní vidíme dynamiku rostlinné imunitní odpovědi na úrovni jednotlivých buněk. To je zásadní pro pochopení toho, jak rostliny dokážou přežívat ve věčném boji s nemocemi a škůdci.“

Výzkum má také přesah mimo rostlinnou říši. Protože kyselina salicylová je přírodní předchůdce aspirinu, vědci z Cambridge mají v plánu, že využijí variantu senzoru i pro zkoumání metabolismu aspirinu v lidských buňkách. Takové nástroje mohou přinést nové poznatky například v léčbě zánětů, srdečních onemocnění či neurodegenerativních chorob.

Ústav experimentální botaniky AV ČR patří mezi přední evropská pracoviště v oblasti rostlinné biologie. Zabývá se základním i aplikovaným výzkumem růstu, vývoje a obrany rostlin vůči stresovým faktorům. Jeho vědci zkoumají mimo jiné fyziologii rostlin, genetiku, buněčné procesy či rostlinné hormony a jejich vliv na odolnost vůči chorobám. Ústav se dlouhodobě zapojuje do mezinárodních projektů a spolupracuje s univerzitami i průmyslovými partnery. Výsledky jeho práce se uplatňují v moderním zemědělství, biotechnologiích i ochraně životního prostředí.

Odkaz na publikaci: Tang B, et al. (2025): SALICYLIC ACID SENSOR1 reveals the propagation of an SA hormone surge during plant pathogen advance. Science 390: 188-194. https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.adw7650

Kontakty:

Mgr. Jan Kolář, Ph.D.
oddělení komunikace
Ústav experimentální botaniky Akademie věd ČR
+420 608 557 328
kolar@ueb.cas.cz

Mgr. Tetiana Kalachova, Ph.D.
Laboratoř patofyziologie rostlin
Ústav experimentální botaniky Akademie věd ČR
kalachova@ueb.cas.cz

Mgr. Hana Leontovyčová, Ph.D.
Laboratoř patofyziologie rostlin
Ústav experimentální botaniky Akademie věd ČR
leontovycova@ueb.cas.cz

Přečtěte si také

• Program festivalu Týden AV ČR je zveřejněný. Nově nabízí i kino
• Akademie věd ocení v tomto týdnu pět osobností
• Nově objevené houby hrají větší roli v přírodě, než se předpokládalo
• Věda ve službách veřejnosti. Dekádu výzkumů ukáže nová výstava
• Rodinná politika a porodnost ve volebních programech stran a hnutí
• Přístroj SELINA míří do laboratoře NASA
• Dostupné bydlení ve volebních programech stran a hnutí
• Emisní povolenky: návrh mechanismu bránícímu neúnosnému nárůstu cen
• Třináct vědců obdrží diplom prestižního titulu "doktor věd"
• Češi a Korejci hledají mikroorganismy, které zvýší produkci účinných látek z rostlin