K tomu, aby se člověk orientoval v prostoru, využívá své smysly. Ty posílají informace přes nervy do mozku a ten je zpracovává. Jak je to ale u rostlin? Jak například kořeny poznají, jakým směrem mají růst a jak celý tento proces probíhá? To se snaží zjistit tým Matyáše Fendrycha z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy.
Zásadní roli v tomto procesu hraje hormon auxin a jeho zkoumání, konkrétně toho, jaký má vliv na růst kořenů, se věnoval i Fendrychův tým. Se svou prací zabývající se přesnou analýzou rychlé reakce buněk kořenů na auxin nyní prorazil do prestižního vědeckého časopisu Nature Plants. Spolupracoval na ní s pražskou Vysokou školou chemicko-technologickou a University of Tasmania.
Rostlinný hormon auxin do velké míry ovlivňuje formování rostlin od jejich zárodku až po jejich zánik. Je také nepostradatelný pro růstové pohyby, jimiž se rostlina například přiklání či odklání za sluncem. Fendrychův tým nyní přišel na způsob, jak z rostlin získávat přesná data o tom, co se v nich na buněčné a molekulární úrovni děje, a to i pomocí mikroskopu. Využili k tomu fluorescenční barviva.
Přivedla je k tomu snaha odpovědět na otázku, jakým způsobem se kořeny rostlin chovají v gravitačním poli Země. „Gravitace je to první, podle čeho se rostoucí kořen rostliny orientuje v případě, že nemá k dispozici jiné navigační klíče – jako je například voda,“ vysvětluje Fendrych.
Centrem pro vnímání gravitace je u rostlin takzvaná kořenová čepička na úplné špičce kořene. Samotná reakce na gravitaci však v kořenu probíhá na jiném místě, takzvané elongační zóně, která vzniká při prodlužování buněk. Aby tedy rostlina dokázala správně zareagovat, musí být tato dvě místa informačně propojena.
Cenu Neuron získal biolog, který popsal, jak funguje látka, jež dělá z rostlin geniální organismus
Dnes již víme, že toto propojení zajišťuje zmíněný hormon auxin. Když kořenová špička zjistí, že se změnil směr gravitace, vyšle přes hormon signál na spodní stranu kořene, který u tamních buněk zajistí, aby přestaly růst a změnily tak směr růstu kořene.
Co všechno se odehrává mezi vypuštěním auxinového signálu z čepičky a zastavením růstu buněk, ale dodnes vědci zcela nezodpověděli. Rostliny umí reagovat velmi rychle, v řádu desítek vteřin. Co při tom na molekulární úrovni probíhá, ale není stále jasné.
„Během své předchozí práce v Institutu pro vědu a technologie v rakouském Klosterneuburgu u profesora Jiřího Frimla jsem zjistil, že reakce buněk na auxin dokáže být nečekaně rychlá, což není v souladu s dosavadními zjištěními,“ popisuje Fendrych. Přesně tento problém se proto jeho tým pokouší vyřešit. Jejich nový článek v časopise Nature Plants se k tomu pochopení přibližuje.
Vědci vyšli z dnes již pozapomenutých pozorování rostlinných fyziologů z předmolekulární éry, která ukazovala, že přítomnost auxinu mění rozložení elektrického náboje na obou stranách buněčné membrány tvořících povrch buněk. Právě tento potenciál je pro život buňky nesmírně důležitý, umožňuje jí totiž mimo jiné pomoc s transportem nejrůznějších látek dovnitř buňky a ovlivňuje tak její fungování.
Již několik dřívějších prací ukázalo, že přítomnost auxinu dokáže proměňovat poměr náboje na membráně, a tím ovlivnit transport látek přes ní. „Doposud ale nikdo nezačal zjišťovat, proč se to vlastně děje a jaký význam mají změny elektrického náboje na membráně pro reagování kořene na gravitaci,“ popisuje Fendrych.
Jeho laboratoř tyto procesy v živých rostlinách a jejich buňkách sleduje v reálném čase. Využívá k tomu speciálně upravený fluorescenční mikroskop. S pomocí speciálního barviva sleduje, jak membránový potenciál buněk napříč celým kořenem odpovídá na auxin. „Problém měření potenciálu, k němuž bylo dříve nutné použít elektrody, jsme díky tomuto přístupu dokázali proměnit v problém, který lze řešit pomocí mikroskopu a sledovat procesy přímo v živé rostlině,“ popisuje francouzský vědec Nelson Serre, který se na výzkumu významně podílel.
„Rostliny, ač na pohled statické, neustále monitorují okolní prostředí a velmi rychle reagují na jeho změny,“ upozorňuje Serre. Změny buněčné membrány během reakcí rostlin na gravitaci jsou podle něj fascinujícím příkladem této schopnosti.
„Náš způsob měření membránového potenciálu je užitečný pro další vědce, kteří jej mohou využívat. Takto z hezkých obrázků získáme přesná data, ze kterých pak lze usuzovat, co přesně se v rostlině děje na buněčné a molekulární úrovni,“ shrnuje výsledky dlouhých měsíců práce Fendrych.
