Badatelé z Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého, Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR a dalších institucí odhalili, že rostlinné hormony cytokininy nastolují v listech ponechaných dlouhou dobu ve tmě specifický stav. Ten zajišťuje zachování fotosyntetického aparátu a rychlý a bezpečný start fotosyntézy po opětovném vystavení světlu. Výsledky studie publikoval prestižní odborný časopis New Phytologist.
Cytokininy jsou hormony, které v rostlinách řídí mnoho důležitých životních procesů. Již desítky let vědci vědí, že mimo jiné oddalují stárnutí neboli senescenci. Zvlášť dobře je to vidět, když od rostliny oddělíme listy, zajistíme jim přísun vody a ponecháme je několik dnů potmě. Listy rychle ztrácejí zelené barvivo chlorofyl a postupně odumírají. Pokud na ně ovšem aplikujeme cytokininy, tento proces se výrazně zpomalí.
Molekulární mechanismy zodpovědné za tento snadno pozorovatelný jev ale dosud nebyly přesně popsány. Vědci z několika olomouckých a brněnských institucí se proto rozhodli přispět k jejich objasnění. Hlavní podíl na výzkumu měly tým Ondřeje Plíhala z Laboratoře růstových regulátorů, společného pracoviště Ústavu experimentální botaniky AV ČR a Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého a tým Martiny Špundové z katedry biofyziky přírodovědecké fakulty. Na projektu se podíleli také odborníci z brněnského institutu CEITEC a Masarykova onkologického ústavu.
Hormony v roli ochránců
Badatelé zkoumali vliv dvou látek s cytokininovou aktivitou na listy často používané pokusné rostliny huseníčku rolního. Šlo o cytokinin BAP a o sloučeninu MTU vyvinutou v Laboratoři růstových regulátorů. Ta zlepšuje růst a odolnost plodin a již se komerčně používá v zemědělství.
U oddělených listů inkubovaných ve tmě sledovali vědci obsah chlorofylu a chlorofylovou fluorescenci, která zjednodušeně řečeno poskytuje informace o výkonnosti nebo fyziologické kondici fotosyntetického aparátu.
„Aplikace obou cytokininů zpomalovala senescenci, odbourávání chlorofylu a s tím spojený pokles fotosyntetické funkce, což jsme čekali. Velice nás ovšem překvapilo, že v kratších časech zatemnění listů, dříve než se senescence spustila, aplikace cytokininů fotosyntézu naopak snížila, což obvykle znamená, že fotosyntetický aparát je ve špatném stavu,“ uvedla Martina Špundová.
Podrobnější výzkum nicméně prokázal, že tomu tak není. Cytokininy ve skutečnosti fotosyntetický aparát chránily a obrazně řečeno jej uvedly do jakési hibernace – podobně jako když přepnete počítač do režimu spánku. V tomto stavu je sice fotosyntéza snížena, ale chloroplasty zůstávají nadále funkční a neprodukují dostatečně silný signál k tomu, aby buněčné jádro spustilo jejich destrukci. Díky tomu je list v pohotovosti a po opětovném vystavení světlu dokáže rychle a bezpečně obnovit fotosyntézu. Výsledky navíc prokazují, že cytokininy chrání list i během této „startovní“ fáze. Snižují například tvorbu nebezpečných reaktivních forem kyslíku, která se zvyšuje při přechodu z dlouhé tmy do světla.
Od molekulárních pochodů k lepším plodinám
Vědci následně zjišťovali aktivitu mnoha tisíc genů a hladinu zhruba 3 000 proteinů v listech pokusných rostlin ponechaných ve tmě. Umožnilo jim to identifikovat molekulární mechanismy, které se pravděpodobně podílejí na přechodu fotosyntetického aparátu do klidového režimu a na výstupu z něj.
„Velmi důležitý objev byl, že studované účinky cytokininů jsou do značné míry závislé na fytochromu B – proteinu, který rostlinám umožňuje vnímat červené světlo. Bude jistě zajímavé v budoucnu detailněji zmapovat interakce mezi cytokininy a fytochromem B a také to, jak tyto vztahy souvisejí s funkcí dalších fotoreceptorů, tedy proteinů zajišťujících vnímání světla. Naše poznatky z nyní publikovaného výzkumu mohou rovněž najít praktické využití při šlechtění nových odrůd plodin s výkonnější fotosyntézou nebo s lepší odolností vůči náhlým změnám osvětlení, což může být relevantní i pro studium odpovědí rostlin na zastínění a další typy stresu,“ vysvětlil Ondřej Plíhal.