Priekopnícke poznatky o evolúcii rastlinných hormónov.
Rastlinné hormóny sú kľúčové pre rast a fyziologické procesy rastlín, ich evolučné počiatky však ostávajú nejasné. Výskum vedcov z Ústavu experimentálnej botaniky AV ČR, Karlovej univerzity a Univerzity v Gentu odhalil, že tieto hormóny sa vyskytujú i v sladkovodných zelených riasach, najbližších príbuzných suchozemských rastlín.
Hormonálne funkcie však pravdepodobne získali až pri prechode rastlín na súš. Štúdia bola publikovaná v prestížnom časopise Nature Communications.
Rastlinné hormóny (fytohormóny) riadia rast a vývoj rastlín i ich reakcie na rôzne podnety – napríklad svetlo, gravitáciu alebo napadnutie chorobami. Pre svoju dôležitosť v živote rastlín zastávajú popredné miesto v biologickom výskume a manipulácia ich hladín patrí k častým metódam poľnohospodárskej a biologickej praxe. Aj keď sú fytohormóny všeobecne rozšírené vo všetkých suchozemských rastlinách, evolučné počiatky ich biologickej úlohy dosiaľ nie sú úplne objasnené. K ich pochopeniu nám môžu pomôcť najbližší žijúci príbuzní suchozemských rastlín – sladkovodné zelené riasy.
Práve štúdiom týchto rias sa evolúciu fytohormónov rozhodol preskúmať česko-belgický tím biológov a analytických chemikov z troch inštitúcií: Ústavu experimentálnej botaniky Akadémie vied ČR, Prírodovedeckej fakulty Karlovej univerzity a Univerzity v Gentu.
Súčasné suchozemské rastliny a zelené riasy sú výsledkom nezávislých evolučných pochodov; ich cesty sa rozišli skôr, než na súš vstúpili prvé stavovce. Aj keď spoloční predkovia suchozemských rastlín a zelených rias dávno vymreli, môžeme odvodiť ich pravdepodobný vzhľad a životné pochody – vrátane možnej úlohy fytohormónov – porovnaním všetkých dnes žijúcich skupín, ktoré sú im príbuzné. Preto bol kľúčovým aspektom tejto práce široký záber analyzovaných organizmov. Celkom vedci skúmali 18 zástupcov rôznych línií rias a suchozemských rastlín, s cieľom overiť prítomnosť až 50 látok známych svojou fytohormonálnou funkciou.
„Schopnosť rias produkovať fytohormóny zatiaľ vedci odhadovali predovšetkým porovnávaním ich genetickej informácie so suchozemskými rastlinami. Z obmedzených dát sa však zdalo, že zelené riasy vedia tieto zlúčeniny produkovať bez ohľadu na prítomnosť génov, ktoré túto činnosť riadia v suchozemských rastlinách. To sme teraz potvrdili,“ hovorí Roman Skokan, jeden z dvoch hlavných autorov výskumu.
Evolúcia rastlín sa dnes skúma predovšetkým analýzou genetickej informácie zapísanej v DNA. Táto metóda však nezohľadňuje, že rôzne skupiny organizmov môžu mať podobné vlastnosti, avšak zabezpečované rôznymi genetickými mechanizmami. Predchádzajúci výskum skutočne naznačoval, že zelené riasy môžu produkovať fytohormóny, aj keď im chýbajú gény pre ich syntézu, akú poznáme pri suchozemských rastlinách. Bádatelia preto merali priamo hladiny fytohormónov v zelených riasach a niektorých menej preskúmaných suchozemských rastlinách pomocou modernej a veľmi citlivej metódy nazývanej kvapalinová chromatografia, ktorá je spojená s hmotnostnou spektrometriou.
Výskum priniesol mnoho výsledkov, uveďme aspoň tie hlavné: Dva fytohormóny riadiace predovšetkým rast a vývoj – auxíny a cytokiníny – našli vedci u všetkých suchozemských rastlinách, ako aj u zelených rias. Naopak, abscisová kyselina, fytohormón aktívny v odpovedi na stres (napríklad sucho) bol nájdený v zelených riasach len vzácne, pravdepodobne ako vedľajší produkt iných metabolických dráh. V neposlednom rade sa suchozemské rastliny odlišovali od rias produkciou špeciálneho typu cytokinínov, čo poukazuje na dôležitú evolučnú inováciu po prechode na súš.
Mnohé organické zlúčeniny známe v rastlinách ako fytohormóny sa teda vyskytujú i v sladkovodných zelených riasach. Majú tieto látky u oboch skupín podobné funkcie?
„Táto otázka vyžaduje ďalší výskum. Z dostupných informácií sa zdá, že celý rad fytohormónov získal svoju dnešnú regulačnú úlohu až v spoločnom predkovi dnešných suchozemských rastlín. V zelených riasach mohli byť vedľajšími produktmi metabolizmu alebo zastávať iné funkcie, než boli v rastlinách zapriahnuté do svojej novej, hormonálnej úlohy,“ vysvetľuje ďalší z dvojice hlavných autorov publikácie Vojtěch Schmidt.
Štúdia podrobne zmapovala výskyt fytohormonálnych zlúčenín naprieč zelenými riasami a slúži ako vhodný odrazový mostík pre ďalší výskum. Objasniť pradávny, pred-hormonálny charakter týchto látok vyžaduje okrem iného zmapovanie ich účinkov na rast zelených rias. Bádatelia z Ústavu experimentálnej botaniky Akadémie vied ČR teraz takto skúmajú evolučný pôvod skupiny fytohormónov nazývaných auxíny.
Odkaz na článok:
Schmidt, V., Skokan, R., Depaepe, T. et al. Phytohormone profiling in an evolutionary framework. Nature Communications 15, 3875 (2024).
Autori: Mgr. Vojtěch Schmidt, Mgr. Roman Skokan, Ph.D. a Mgr. Jan Kolář, Ph.D., z Ústavu experimentálnej botaniky AV ČR.