Vědci z katedry biotechnologií Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci popsali nový molekulární mechanismus pomáhající rostlinám vyrovnat se se solným stresem, který přispívá k degradaci půdy a zemědělcům v Evropské unii ročně způsobuje miliardové ztráty. Objev olomouckých vědců se týká regulace antioxidačních enzymů v rostlinách a může v budoucnu přispět k vývoji zemědělských plodin odolnějších vůči vyššímu obsahu soli v půdě. Výsledek jejich práce publikoval prestižní časopis Plant Physiology.
Výzkumný tým Tomáše Takáče se zaměřil na superoxiddismutasy (SOD), tedy enzymy zajišťující odbourávání reaktivního kyslíkového radikálu superoxidu. Ten v rostlinách vzniká mj. i v souvislosti se zasolenou půdou. V rámci juniorského projektu Univerzity Palackého, vedeného Petrem Dvořákem z katedry biotechnologií, vědci odhalili dosud neznámý způsob regulace enzymu FeSOD1, který do této skupiny patří. Vědci zjistili, že jeho aktivita je negativně regulována proteinem RACK1A (Receptor pro aktivovanou proteinkinasu C 1A).
„Během solného stresu interakce mezi těmito dvěma proteiny udržuje rovnováhu reaktivních kyslíkových radikálů v kořenech modelové rostliny Arabidopsis thaliana. Současně oba proteiny při stresu částečně mění svou lokalizaci a jsou přemísťovány do tzv. stresových granul – specifických proteinových a mRNA komplexů, ve kterých je aktivita FeSOD1 inhibována,“ uvedl Tomáš Takáč z katedry biotechnologií.
Podobný mechanismus regulace enzymů SOD dosud nebyl popsán ani u intenzivně studovaných savčích modelových organismů.
Význam pro pochopení stresových reakcí rostlin
Reaktivní formy kyslíku vznikají v rostlinách přirozeně jako součást metabolismu. Při nepříznivých podmínkách, například při zasolení půdy, se však jejich produkce výrazně zvyšuje. Tyto molekuly mohou buňky poškozovat, zároveň ale fungují jako důležité signální faktory, které řídí obranné reakce. Klíčové je proto udržet jejich koncentraci v rovnováze, což zajišťují právě antioxidační enzymy.
Autoři studie publikované v prestižním časopise Plant Physiology, která byla editory vyzdvižena i v rubrice News and Views, ukazují, že právě protein RACK1A představuje významný regulační uzel antioxidační obrany. Podle jejich zjištění může tento protein synchronizovat odbourávání reaktivních forem kyslíku s jejich produkcí.
Širší dopady a aplikační potenciál
Na původní výzkum navázali olomoučtí vědci přehledovým článkem v časopise Plant, Cell & Environment. V něm podrobně popisují, že regulace reaktivních kyslíkových radikálů je vícestupňový proces zahrnující protein-proteinové interakce, ale také transkripční, post-transkripční a post-translační mechanismy. Právě tato komplexní regulace je zásadní pro vývoj a obranu rostlin v měnících se klimatických podmínkách.
Získané poznatky mohou sloužit jako základ pro identifikaci nových molekulárních markerů a pro návrh budoucích šlechtitelských postupů zaměřených na zvýšení odolnosti významných plodin vůči zasolení půdy.
Juniorský grant Deciphering novel mechanism of plant antioxidant defense regulation during salt stress by protein-protein interactions (JG_2023_018) získal v roce 2023 Mgr. Petr Dvořák, Ph.D. z Katedry biotechnologií. Jde o podporu excelentního výzkumu mladých akademických a vědeckých pracovníků, který pomáhá s přípravou na mezinárodní projekty (např. Horizont Evropa).