Ondřej Novák z Laboratoře růstových regulátorů, společného pracoviště Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého a Ústavu experimentální botaniky AV ČR, se podílel na průlomové studii publikované v časopise Science, která odhaluje dosud neznámý mechanismus, jímž rostliny formují vodivá pletiva zajišťující transport vody a živin. Výzkum vedený Univerzitou v Cambridge a Univerzitou v Helsinkách otevírá nové možnosti pro budoucí studium a cílenou optimalizaci růstových vlastností plodin významných pro zemědělství i lesnictví, stejně jako pro efektivnější produkci komerčně důležitých materiálů, například dřeva, papíru či dalších bioproduktů. Do mezinárodního týmu byli zapojeni také odborníci z CATRIN Univerzity Palackého.
„Tento výzkum objasňuje, jak rostliny jemně ladí vývoj vodivých pletiv a určují osud svých cévních buněk. Zjištění mohou ovlivnit vlastnosti rostlin od odolnosti vůči suchu přes růst kořenů a hlíz potravinářských plodin až po tvorbu dřeva,“ uvedla spolu-první autorka Raili Ruonala z Univerzity v Helsinkách.
Rostlinný „vodovod“ pod lupou. Vědci odhalili, jak vzniká xylém
Na modelové rostlině Arabidopsis thaliana vědci objasnili regulační mechanismy, které řídí vznik xylému. Toto vodivé pletivo plní funkci jakéhosi rostlinného „vodovodu“, čímž zajišťuje transport vody a minerálních látek od kořenů a současně přispívá k mechanické pevnosti rostliny. Následně se výzkum zaměřil na termospermin, malou kladně nabitou polyaminovou molekulu známou svou rolí v regulaci diferenciace cévních buněk. Ukázalo se, že vývoj některých buněk cévního systému je podmíněn součinností dvou faktorů: termosperminu a specifické chemické modifikace ribozomu, tedy buněčné „továrny na proteiny“. Studie prokázala, že pouze ribozomy nesoucí určitou chemickou značku na své RNA umožňují termosperminu správnou vazbu a následnou regulaci buněčného vývoje.
„Výzkum tak odhaluje nový regulační princip a osvětluje záhadu známou více než 15 let. Tedy jak může termospermin podle potřeby aktivovat nebo potlačovat různé skupiny genů, a to pouze prostřednictvím ribozomu se specifickou chemickou značkou." Ondřej Novák
Vedoucí Laboratoře růstových regulátorů Ondřej Novák se v rámci mezinárodního multioborového výzkumu podílel na charakterizaci rostlin s mutací v genu, jehož aktivita je ovlivněna chemickou úpravou ribozomů po navázání termosperminu.
Nový regulační princip v rostlinách. Ribozom jako přepínač genů
„Studie představuje první důkaz, že polyamin může cíleně regulovat genovou expresi přímo na ribozomu. Detailní strukturní analýza navíc přesně ukazuje, jak se termospermin váže. Výzkum tak odhaluje nový regulační princip a osvětluje záhadu známou více než 15 let. Tedy jak může termospermin podle potřeby aktivovat nebo potlačovat různé skupiny genů, a to pouze prostřednictvím ribozomu se specifickou chemickou značkou,“ uvedl Novák.
I když se výzkum soustředil na modelovou rostlinu Arabidopsis thaliana, výsledky naznačují, že podobné signály mohou fungovat i u jiných rostlin. U stromů by mohly podporovat tvorbu velkého množství cév potřebných pro růst do výšky, zatímco třeba u ředkviček by mohly být upraveny ve prospěch zásobních buněk v kořeni, což rostlině umožní ukládat více energie.
Na výzkumu se podílely také odborníci z CATRIN Univerzity Palackého, které se dlouhodobě věnují studiu polyaminů jako regulátorů růstu a stresových reakcí rostlin. Tyto molekuly ovlivňují růst, genovou aktivitu i tvorbu bílkovin a podle spoluautorky studie Nurii De Diego přináší práce první experimentální důkaz jejich přímého zapojení do mechanismů spojených se vznikem buněčných ribozomů. Zjištění má význam nejen pro výzkum rostlin a sekundárního růstu dřevin, ale i pro širší biologické obory, protože polyaminy produkují všechny živé organismy.
Na projektu vědci spolupracovali také s kolegy z Velké Británie, Finska, Španělska, Dánska, Švédska, Polska a dalších zemí.