Rostliny se nemohou jednoduše přemístit do lepšího prostředí, když jejich podmínky prostředí již nejsou vhodné. Místo toho vyvinuli sofistikované mechanismy molekulární adaptace. Vědci z Technické univerzity v Mnichově (TUM) ve spolupráci s Helmholtzovým centrem v Mnichově a Univerzitou v Nottinghamu dokázali prokázat, že brassinosteroidy, které byly dosud považovány hlavně za růstové hormony, zvyšují odolnost rostlin proti mrazu.
"Stres způsobený chladem je vliv prostředí, který má přímý vliv na růst a výnos rostlin," říká rostlinná molekulární bioložka profesorka Brigitte Poppenbergerová. Se svou výzkumnou skupinou v institutu Biotechnology of Horticultural Crops na TUM zkoumá mechanismy, které rostliny používají k adaptaci na vnější vlivy. Její výzkumné aktivity se již nějakou dobu soustředí na brassinosteroidy.
V dřívější práci její skupina již použila řeřichu thaliana (Arabidopsis thaliana) jako modelovou rostlinu, aby přesně ukázala, jak tento rostlinný hormon, který byl poprvé identifikován v řepce v roce 1979, podporuje růst rostlin. Ve skutečnosti bylo již dlouhou dobu známo, že tento hormon hraje roli ve vývoji rostlin. Přesný mechanismus účinku však nebyl znám. Byla to práce biotechnologických expertů z TUM School for Life Sciences ve Weihenstephanu, která jako první umožnila získat přesné pochopení tohoto jevu.
Není náhoda, že tým Brigitte Poppenbergersové si pro současnou studii opět vybral Arabidopsis. Pro svou relativně nenáročnou povahu, jednoduchou stavbu a kompaktní velikost není jen oblíbená mezi genetiky obecně – drobná bylinka také poskytuje optimální podmínky pro hledání mechanismů ochrany proti chladu v rostlinách, protože je schopna přežít nízkými teplotami a adaptací na chlad zvýšit jeho odolnost vůči mrazu. V aktuálním vydání odborného časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) vědci popisují dosud neznámou stránku brassinosteroidů, které byly až dosud známé jako růstové hormony.
Aby získali podrobné pochopení jejich mechanismů, výzkumníci provedli experimenty, ve kterých vystavili rostliny Arabidopsis pomalu klesajícím teplotám. Experimenty s divokými odrůdami v laboratoři ukázaly, že s klesající teplotou rostlina reaguje tak, že v jejích buňkách začne modifikovat expresi genů, pro které se DNA přepisuje na RNA. "To snižuje jeho růst, což zvyšuje jeho šance na přežití," vysvětluje Poppenberger a popisuje přirozený ochranný mechanismus normálních rostlin.
Molekulární cesta k „zimnímu tuku“
Vědci získali jiný výsledek svými experimenty zahrnujícími geneticky modifikované modelové rostliny, které již nejsou schopny samy syntetizovat brassinosteroidy ani je rozpoznat jako signál. Zatímco divoké odrůdy často ještě dokázaly přežít teploty šest stupňů pod nulou, většina mutantů již v tomto bodě vykazovala jasné známky poškození, což dokazuje zásadní roli, kterou v tomto procesu hrají steroidní hormony. Analýzou procesu vědci zjistili, že brassinosteroidy zvyšují mrazuvzdornost regulací proteinu zvaného CESTA. Tento protein využívá signální kaskádu ke kontrole genové exprese. Tímto způsobem následně ovlivňuje proteinové složení buněk, což mimo jiné zřejmě vede ke změně složení mastných kyselin. To zajišťuje, že rostlina si na molekulární úrovni vytvoří zásoby určitého typu „zimního tuku“, a tím ji ochrání před potenciálním poškozením chladem.
Steroidy ve spreji pro rostliny
Tato přesná zjištění týkající se pořadí a typu chemických procesů pro účinky steroidních hormonů v rostlinách jsou nejen důležitým krokem vpřed pro základní výzkum adaptačních strategií rostlin. Ještě důležitější je, že podle vědců mohou poskytnout řešení problémů, které se v zemědělství vyskytly v důsledku klimatických změn. Přestože si lidé globální oteplování obecně spojují pouze se zvýšeným výskytem horkých období, způsobuje také nárůst počtu mrazových událostí, jako jsou rané a pozdní mrazy, které mohou vést k ničivým výpadkům sklizně. "Konvenční metoda šlechtění odolnějších rostlin zatím nebyla příliš úspěšná, protože odolnost vůči chladu a omezený růst je obtížné oddělit," říká Brigitte Poppenberger. Je však přesvědčena, že „náš objev, že brassinosteroidy zvyšují jak růst, tak odolnost vůči chladu, otevře nové možnosti pro získání obou vlastností u rostlin.“Tvrdí, že k dosažení obou účinků je také možné postřikovat plodiny brassinosteroidy. "To může být životaschopná metoda - alespoň to naznačují zjištění."
