Mapa výskytu fytohormonálnych zlúčenín naprieč zelenými riasami slúži ako vhodný odrazový mostík k ďalšiemu bádaniu.
Mougeotia vľavo, Chlorokybus vpravo. Zdroj: Vojtěch Schmidt
Rastlinné hormóny sú kľúčové pre rast a fyziologické procesy rastlín, no ich evolučné počiatky zostávajú nejasné.
Výskum vedcov z Ústavu experimentálnej botaniky Akadémie vied Českej republiky (AV ČR), Karlovej univerzity v Prahe a Gentskej univerzity 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.
Čo robia rastlinné hormóny?
Rastlinné hormóny (fytohormóny) riadia rast a vývoj rastlín aj ich reakcie na rôzne podnety – napríklad svetlo, gravitáciu alebo napadnutie chorobami. Pre svoju dôležitosť v živote rastlín zastávajú popredné miesto v biologickom výskume. S ich množstvom manipulujú v praxi tiež poľnohospodári a biológovia.
Hoci sú fytohormóny všeobecne rozšírené vo všetkých suchozemských rastlinách, evolučné počiatky ich biologickej roly ešte nie sú úplne objasnené. Pochopiť nám ich môžu pomôcť najbližší žijúci príbuzní suchozemských rastlín – sladkovodné zelené riasy.
Spirogyra a jej očarujúce skrutkovité chloroplasty, ktoré fluoreskujú pri vystavení ultrafialovému žiareniu načerveno. Foto: Vojtech Schmidt.
Vedci mali široký záber
Riasy a evolúciu fytohormónov sa rozhodol preskúmať česko-belgický tím biológov a analytických chemikov z troch inštitúcií: Ústavu experimentálnej botaniky AV ČR, Prírodovedeckej fakulty Karlovej univerzity v Prahe a Gentskej univerzity.
Súčasné suchozemské rastliny a zelené riasy sú výsledkom nezávislých evolučných pochodov. Ich cesty sa rozišli skôr, ako na súš vystúpili prvé stavovce. Hoci 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.
Kľúčovým aspektom tejto práce bol preto široký záber analyzovaných organizmov. Vedci skúmali celkom 18 zástupcov rôznych línií rias a suchozemských rastlín s cieľom overiť prítomnosť až 50 látok známych svojou fytohormonálnou funkciou.
Roman Skokan, jeden z hlavných autorov štúdie. Foto: Roman Skokan.
Využili najpresnejšie technológie
„Schopnosť rias produkovať fytohormóny zatiaľ vedci odhadovali hlavne 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, hoci im chýbajú gény na ich syntézu známe zo suchozemských rastlín. 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.
Aj riasy majú fytohormóny
Výskum priniesol mnoho výsledkov, ktoré autori publikovali v prestížnom časopise Nature Communications.
Dva fytohormóny riadiace predovšetkým rast a vývoj – auxíny a cytokiníny – našli vedci vo všetkých suchozemských rastlín, ako aj v zelených riasach. Naopak, kyselina abscisová, fytohormón aktívny v odpovedi na stres (napríklad sucho), bol nájdený v zelených riasach len zriedkavo, 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 v oboch skupinách podobné funkcie?
„Táto otázka si vyžaduje ďalší výskum. Z dostupných informácií sa zdá, že mnoho fytohormónov získalo svoje dnešné regulačné úlohy až v spoločnom predkovi dnešných suchozemských rastlín. V zelených riasach mohli byť vedľajšími produktmi metabolizmu alebo zastávať iné funkcie, než boli v rastlinách zapojené do svojej novej hormonálnej roly,“ vysvetľuje ďalší z dvojice hlavných autorov publikácie Vojtech Schmidt.
Štúdia podrobne zmapovala výskyt fytohormonálnych zlúčenín naprieč zelenými riasami a slúži ako vhodný odrazový mostík k ďalšiemu bádaniu. Objasniť pradávny predhormonálny 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 zvaných auxíny.
Zdroj: AV ČR
(JM)
