Rostlinné buňky dokážou růst i bez přísunu klíčového hormonu

Překvapivý genetický mechanismus umožňuje buněčným kulturám tabáku růst a dělit se i bez přidávání jinak nezbytného hormonu auxinu. Týmy z Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR a z Katedry experimentální biologie rostlin Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy popsaly, jak buňky tuto schopnost získávají. Studie představuje příklad „evoluce ve zkumavce“, kdy buněčné kultury získávají nové dědičné vlastnosti v laboratorních podmínkách. Objev napomáhá porozumět základním principům buněčného dělení rostlin a může podpořit rozvoj biotechnologií. Výsledky publikoval odborný časopis New Phytologist.

V buněčných kulturách se buňky původně izolované z rostlin shlukují do malých skupin nebo řetízků. Tyto kultury se často používají pro studium biologických procesů na buněčné úrovni a zároveň slouží k produkci látek využitelných v medicíně či potravinářství. Buňky v kultuře se obvykle dělí díky přídavku rostlinných hormonů auxinu a cytokininu. Výjimkou jsou takzvané habituované linie, které se množí i bez přídavku těchto látek. Tato „superschopnost“ se u kultur vyvíjí postupně, například při dlouhodobém pěstování s nízkým obsahem daného hormonu.

Jak buňky obcházejí hormonální závislost

„Nezávislost na cytokininech je poměrně snadno dosažitelná a dobře prozkoumaná. Zato nezávislost na auxinu je poměrně vzácná a její mechanismy zůstávaly neznámé. Proto jsme se je rozhodli objasnit,“ vysvětluje spoluautor článku Jan Petrášek z Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR (ÚEB AV ČR).

Biologové porovnávali dvě běžné buněčné linie tabáku a dvě linie nezávislé na auxinu, které od nich byly v minulosti odvozeny. Zjistili, že jedna z nezávislých linií má extrémně aktivní gen pro receptor TIR1 – bílkovinu, která buňkám umožňuje vnímat přítomnost auxinu. „Když jsme pokusně zvýšili tvorbu tohoto proteinu v buňkách původní linie, staly se také nezávislými na přidaném hormonu. Tím jsme potvrdili, že právě TIR1 hraje klíčovou roli. Je fascinující vidět, jak buňky dokázaly vyvinout takový pozoruhodný evoluční trik,“ popisuje Karel Müller z ÚEB AV ČR, jeden z hlavních autorů studie.

Vyšší hladina TIR1 znamená, že i malé množství auxinu, které si buňky samy vytvářejí, jim stačí k dělení. Při zkoumání DNA vědci navíc zjistili, že část obsahující gen TIR1 se během dlouhodobé kultivace v laboratorních podmínkách mnohonásobně zkopírovala. To vysvětluje vysokou aktivitu genu a schopnost buněk růst bez dodatečného hormonu.

Evoluční řešení jako inspirace pro biotechnologie

„Tak zajímavý způsob vzniku nezávislosti na auxinu popisujeme jako první na světě,“ říká Karel Müller. U druhé zkoumané linie však podle něj působí odlišný mechanismus, protože zde vědci našli změny v aktivitě jiných regulačních genů než TIR1.

„Velkým překvapením byla samotná příčina zvýšené aktivity genu pro TIR1. Nikdo z nás nečekal zmnožení příslušné oblasti DNA na několik set kopií. Nyní se snažíme objasnit, jak k tomu došlo. Z analýzy genetické informace navíc víme, že nejde o jedinou změnu v DNA studovaných linií, proto plánujeme jejich detailnější rozbor,“ dodává další člen autorského týmu Lukáš Fischer z Katedry experimentální biologie rostlin Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy.

Výsledky projektu naznačují i praktické možnosti využití. Pomocí vhodných genetických úprav, včetně těch inspirovaných „evolucí ve zkumavce“, by bylo možné u různých rostlinných druhů cíleně vytvářet nové linie nezávislé na auxinu. Takové kultury by mohly zefektivnit laboratorní pěstování a vyhnout se používání syntetického auxinu 2,4-D, který je běžně využívaný, ale zdraví škodlivý. Autoři výzkumu již s touto myšlenkou oslovili několik biotechnologických firem.

Odkaz na publikaci:            https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.70763

Kontakt:    

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

Ing. Karel Müller, Ph.D.
Laboratoř transkriptomiky a syntetické biologie
Ústav experimentální botaniky Akademie věd ČR
muller@ueb.cas.cz                                                         

Srovnání dvou buněčných kultur tabáku pěstovaných v tekutém médiu bez auxinu. Buňky nezávislé na přidaném auxinu se normálně dělí a tvoří řetízky (1a). Buňky vyžadující tento hormon v médiu jsou zvětšené, mají netypický tvar a nedokážou se efektivně dělit (1b).
FOTO: Milada Čovanová, ÚEB AV ČR

Přečtěte si také

• Nadační fond jaroslava heyrovského ocení 16 nadaných studentek a studentů
• Pražské oázy biodiverzity: vědci v Česku objevili dosud neznámé lišejníky
• Nový pohled na klimatickou krizi. Do Akademie věd míří ERC Consolidator grant
• Veřejné prostředky investované do vědy systematicky vracíme, zaznělo na sněmu
• Kočka divoká je zpět: v Lužických horách letos úspěšně vyvedla mláďata
• Konference PLATOSpec uzavřela první rok provozu spektrografu
• Když se smlouvy mohou měnit: dopady flexibilnějších pravidel na veřejné zakázky
• Mechorost jako predátor. Výstava ukazuje krásy vědy i humor
• Motýl je značkou nové biotechnologické firmy Taveren Therapeutics
• Nenápadné borelie: vědci popsali první okamžiky infekce lymské boreliózy