Rostlinné buňky se umí obejít bez auxinu. Vědci popsali překvapivý evoluční mechanismus

Týmy z Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR a z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy objevily genetický mechanismus, který umožňuje rostlinným buňkám růst a dělit se i bez přísunu jinak nezbytného hormonu auxinu. Buněčné kultury tabáku si tuto schopnost osvojily během dlouhodobého pěstování v laboratorních podmínkách. Studie představuje ukázku takzvané evoluce ve zkumavce a přináší nové poznatky o řízení buněčného dělení rostlin.

Výsledky byly publikovány v odborném časopise New Phytologist.

Buněčné kultury a hormonální závislost

V buněčných kulturách se buňky izolované z rostlin shlukují do menších celků a slouží jak ke studiu základních biologických procesů, tak k výrobě látek využitelných v medicíně nebo potravinářství. Za běžných okolností se buňky dělí pouze při dodání rostlinných hormonů, zejména auxinu a cytokininu. Existují však takzvané habituované linie, které se dokážou množit i bez jejich přídavku. Tato schopnost vzniká postupně, například při dlouhodobé kultivaci s nízkým obsahem hormonu.

Klíčová role receptoru TIR1

„Zatímco nezávislost na cytokininech je poměrně dobře prozkoumaná, nezávislost na auxinu je vzácná a její principy nebyly dosud známé,“ vysvětluje spoluautor studie Jan Petrášek z ÚEB AV ČR. Vědci porovnávali dvě běžné buněčné linie tabáku a dvě linie nezávislé na auxinu, které z nich byly dříve odvozeny. U jedné z nich zjistili extrémně vysokou aktivitu genu pro receptor TIR1, bílkovinu umožňující buňkám vnímat přítomnost auxinu. „Když jsme experimentálně zvýšili tvorbu tohoto proteinu v původní linii, buňky se také staly nezávislými na dodaném hormonu. Potvrdili jsme tak, že právě TIR1 hraje klíčovou roli,“ popisuje Karel Müller z ÚEB AV ČR. Vyšší hladina receptoru znamená, že buňkám stačí i velmi malé množství auxinu, které si samy vytvářejí. Analýza DNA navíc ukázala, že oblast obsahující gen TIR1 se během dlouhodobé kultivace mnohonásobně zkopírovala, což vysvětluje jeho vysokou aktivitu. U druhé nezávislé linie však vědci identifikovali odlišný mechanismus založený na změnách jiných regulačních genů.

Přínos pro výzkum a biotechnologie

„Takový způsob vzniku nezávislosti na auxinu popisujeme jako první na světě,“ upozorňuje Müller. Podle dalšího člena týmu Lukáše Fischera z Univerzity Karlovy je překvapivé zejména rozsáhlé zmnožení části DNA, ke kterému v laboratoři došlo. Vědci nyní plánují detailnější genetickou analýzu studovaných linií. Objev má i praktický potenciál. Inspirace přirozenou „evolucí ve zkumavce“ by mohla vést k cílenému vytváření buněčných kultur nezávislých na auxinu u různých rostlinných druhů. To by zefektivnilo laboratorní pěstování a umožnilo omezit používání syntetického auxinu 2,4-D, který je běžně využíván, ale považován za zdraví škodlivý. Autoři výzkumu již o možnostech spolupráce jednají s biotechnologickými firmami.

Zdroj: AV ČR

Úvodní foto: 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