Čeští vědci objevili tajemství flexibility rostlinných buněk

• | Tisk |

Podrobnosti

Vytvořeno 20. květen 2010

Napsal Viktor Žárský

Výzkum uskutečnili badatelé z Ústavu experimentální botaniky Akademie věd České republiky, Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy a dalších českých a britských institucí.

Rostlinné buňky jsou vystaveny mnoha mechanickým vlivům – jak během vlastního růstu a vývoje, tak při působení nepříznivých podmínek, zvláště sucha. Biology proto zajímá, jak jim vzdorují – například jak je zajištěno, aby různé součásti buňky zůstávaly při mechanickém zatížení správně spojeny.

Jak si přiblížit alespoň některé mechanické vlivy působící na rostlinnou buňku? Stačí si ji představit jako kopací míč nahuštěný vzduchem. Na povrchu má buňka pevnou stěnu a těsně pod ní membránu. Na ně zevnitř tlačí voda – podobně jako to dělá vzduch v míči. Díky stěně a tlaku vody udržuje buňka svůj tvar, a tím i stabilitu celé rostliny. Obsah vody však není stálý. Zmenšuje se třeba při dlouhotrvajícím suchu: tehdy „míče“ částečně splasknou, rostlina zvadne a opět se „nahustí“ vodou až po dešti. Buňka musí být natolik odolná, aby přežila všechny podobné změny objemu a tlaků.

Rostlinné buňky odolávají tlaku systémem „lešení a sítí“

Pro zachování tvaru a životních funkcí buňky je velmi důležitá její bílkovinná vnitřní „kostra“ či „lešení“, kterému se odborně říká cytoskelet. Dvě základní složky cytoskeletu jsou společné živočichům i rostlinám: mikrotubuly si můžeme představit jako základní hrubé lešení, které je doplněno jemnější sítí vláken tvořených bílkovinou aktinem.

Buňka z listu oblíbené pokusné rostliny, huseníčku rolního. Zeleně je označena bílkovina, která funguje jako molekulární spojka mezi vnitrobuněčnou „kostrou“ (tzv. cytoskeletem) a membránou na povrchu buňky. (Foto Matyáš Fendrych)

Zajímavé odpovědi nyní přinášejí dvě významné studie o cytoskeletu rostlin. Ukazují, že jeho vlastnosti jsou evolučně přizpůsobeny právě těm nárokům a zátěžím, s nimiž se rostlinné buňky denně potýkají. Práce publikoval tým z Ústavu experimentální botaniky AV ČR a Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy, vedený doktorem Viktorem Žárským, společně s dalšími vědci.

Nalezena záhadná látka, která vše spojuje

Prvním objevem je nový typ bílkoviny, která funguje jako „molekulární spojka“, pro představu bychom ji možná mohli popsat jako jakousi „maltu“. Zakotvuje jemná aktinová vlákna v membráně na povrchu buňky, a navíc je připojuje k mikrotubulům („lešení“).

„Spojky mezi aktinem a mikrotubuly patří mezi velké záhady současné buněčné biologie rostlin. Bílkovina, kterou jsme nalezli, je jednou z prvních, které tuto zásadní mechanickou funkci plní,“ vysvětluje doktor Žárský. Výzkum probíhal ve spolupráci hlavně s laboratoří profesora Patricka Hussey z univerzity v anglickém Durhamu.

Buňky z listu huseníčku rolního. Vlevo: zeleně je označena bílkovina, která plní roli molekulární spojky mezi vnitrobuněčnou „kostrou“ (tzv. cytoskeletem) a membránou na povrchu buňky. Uprostřed: červeně je označena jedna složka cytoskeletu (tzv. mikrotubuly). Vpravo: kombinace předchozích dvou obrázků.(Foto: Matyáš Fendrych)

Popsán způsob, jakým buňka může růst

Ve druhé studii vědci popsali, jak jsou propojeny přestavby aktinového cytoskeletu se změnami ve složení buněčné membrány – s přeměnami jejích složek zvaných fosfolipidy. Existuje zde vzájemný regulační vztah: cytoskelet ovlivňuje membránu a naopak.

„Tato regulace je důležitá pro vysvětlení růstových dějů v buňce, ale také pro pochopení buněčné polarity. Různé konce téže buňky mají různé vlastnosti a tato polarita hraje klíčovou roli při vytváření tvaru rostliny,“ říká doktor Žárský.

Na projektu spolupracoval jeho tým s laboratoří profesorky Olgy Valentové z Vysoké školy chemicko-technologické.

Zdroje:

• Deeks et al.: The plant formin AtFH4 interacts with both actin and microtubules, and contains a newly identified microtubule-binding domain. Journal of Cell Science 123, str. 1209-1215 (2010). [online] <http://jcs.biologists.org/>
• Pleskot et al.: Mutual regulation of plant phospholipase D and the actin cytoskeleton. The Plant Journal 62, str. 494-507 (2010) [online] <http://www3.interscience.wiley.com/>