Auxiny jsou rostlinné hormony, bez kterých by se rostlina těžko obešla. Jsou zodpovědné za procesy ovlivňující růst a tvar rostliny jako gravitropismus, fototropismus či hydrotropismus (pohyb rostliny relativně ke gravitaci, světlu respektive vodě), jak prokázal již 80 let starý experiment Fritze Wenta (Obr. 1). Na buněčné úrovni způsobují auxiny prodlužování buněk. Mnoho procesů ovlivňuje auxin ve spolupráci (či spíše protipráci) s dalšími rostlinnými hormony. Ve spolupráci s cytokininy určují, zda rostlina bude tvořit spíše nadzemní část či kořenový systém. Současně s cytokininy, ethylenem i nově objevenými strigolaktony kontrolují tzv. apikální dominanci, tj. že hlavní vrcholek zůstává hlavním vrcholkem a nic mu nepřeroste přes hlavu. Takto by se dalo pokračovat dál a dál. Důležité však je, že pro většinu těchto funkcí ovlivňujících celkový růst rostlin je důležitý tzv. polární transport auxinu. To znamená, že je auxin transportován z apikálního vrcholku až do kořenové špičky, kde se hromadí a po cestě stihne potlačit růst postranních pupenů.
PIN, ale ne ten ke kreditce
Objev transportního PIN proteinu byl publikován v roce 1998 v časopise Science. Němečtí vědci si tehdy všimli rostlin Arabidopsis (huseníček), které se podobaly jehlici (anglicky pin, odtud název samotného proteinu), protože měly velmi málo květů a některé neměly dokonce žádné (Obr. 2). Zároveň byl v té době identifikován podobný protein pod různými názvy jako ethylene insensitive root1 (kořen necitlivý k ethylenu), agravitropic1 (nerostoucí podle gravitace) či wavy6 (vlnitý). Celkem pak bylo v genomu Arabidopsis nalezeno osm takových proteinů. A ty, jako správné transportéry, by měly mít úseky procházející membránou, PIN proteiny jich mají dokonce 10 (Obr. 3). A přesně uprostřed je smyčka, podle které se dělí PIN proteiny do dvou skupin. V první skupině, tak říkajíc pravých PIN proteinů, je tato smyčka dlouhá. Tyto proteiny jsou na povrchu buněk, kde svým umístěním na jedné straně buňky transportují auxin z vrcholku rostliny až do kořene a tam vytváří koncentrační gradient (Obr. 4), který je důležitý pro správnou funkci buněk v jednotlivých částech kořenové špičky (dělení, prodlužování, diferenciace). Ve druhé skupině jsou dva proteiny s krátkou smyčkou. Jeden z nich se nachází na endoplasmatickém retikulu, což je takový systém trubiček a váčků, ve kterém probíhá velké množství metabolických reakcí (druhý protein nebyl dosud studován). Zajímavostí je, že na rozdíl od dlouhých PIN proteinů je exprese tohoto krátkého proteinu po aplikaci auxinu snížena. Tyto dvě skutečnosti naznačují, že by krátké PIN proteiny mohly mít nějakou speciální funkci.
Za vším stojí Češi
Výzkum transportérů auxinu je v současnosti hlavně v českých rukách. Jméno, které se při této příležitosti skloňuje ze všech stran, je Jiří Friml, který krátce po magisterském studiu odešel do zahraničí, kde úspěšně rozvíjí svou kariéru a sbírá jedno ocenění za druhým. Nejdříve působil v Německu a od roku 2007 je profesorem na katedře systémové biologie rostlin na univerzitě v belgickém Gentu. Hodně bylo o prof. Frimlovi slyšet v českých novinách v roce 2009, kdy byl zahajujícím řečníkem konference ACPD v Praze a v roce 2010, kdy získal prestižní Körberovu cenu. Mimochodem, pouze v časopise Nature, kde vyšla současná studie, má prof. Friml již 11 článků.
Samozřejmě není jedinou osobou, která provádí celý tento výzkum. Kromě svého belgického týmu spolupracuje i s českými pracovišti, a to s Ústavem experimentální botaniky v Praze a s Laboratoří růstových regulátorů v Olomouci.
Tabletky, tedy PILS
Nyní tyto týmy zabývající se PIN proteiny hledaly proteiny s obdobnou topologií (tj. 10 úseků procházejících membránou; bohužel autoři blíže nespecifikují, jakým způsobem) a nalezli jich sedm. I vědci občas mají smysl pro humor, a tak je pojmenovali PILS. Nemá to však nic společného s tabletkami, ale jedná se o zkratku názvu PIN-LIKES (tj. podobné PINu).
Jak už bylo uvedeno, tyto proteiny mají podobnou topologii jako PIN proteiny, ovšem bez zmíněné smyčky uprostřed (Obr. 3). Co se týče aminokyselinové sekvence, tak si s PIN proteiny moc podobné nejsou, ale přesto obsahují část zodpovědnou za přenos auxinu. PILS proteiny jsou přítomny v celé rostlině a vědci různými pokusy prokázali, že jsou důležité pro její vývoj.
Obdobně jako krátké PIN proteiny se PILS proteiny nachází na endoplasmatickém retikulu, zadržují auxin uvnitř buněk, avšak snižují aktivitu auxinové signální dráhy. V případě zvýšení množství PILS proteinu se navíc mírně mění poměr volného auxinu a jeho konjugátu ve prospěch konjugátu, což je neaktivní forma hormonu. To by mohlo naznačovat, že je auxin transportován PILS proteiny do endoplasmatického retikula, tam je konjugován a tím deaktivován, takže odezva klesá, přestože celkové množství auxinu v buňce roste.
PILS proteiny se tedy v mnohém podobají krátkým PIN proteinům (krátká smyčka, lokalizace, nicméně exprese po aplikaci auxinu se zvyšuje). Analýzy však naznačují, že vnitrobuněčný transport auxinu (tedy PILS proteiny) je starší než transport mezi jednotlivými buňkami (tj. PIN proteiny).
Závěrem
Tato studie odhalila dalšího hráče na poli metabolismu a transportu rostlinného hormonu auxinu. Až se nám ho podaří poznat lépe, bude možné tyto poznatky využít pro lepší kontrolu růstu rostlin, např. pro zvětšení kořenového systému nebo vznik plodů bez potřeby opylovačů.
Zdroje:
• Barbez E, Kubeš M, Rolčík J, Béziat C, Pěnčík A, Wang B, Rosquete MR, Zhu J, Dobrev PI, Lee Y, Zažímalová E, Petrášek J, Geisler M, Friml J a Kleine-Vehn J (2012) A novel putative auxin carrier family regulates intracellular auxin homeostasis in plants. Nature. 15;485(7396):119-22. doi: 10.1038/nature11001
• Darwin CR a Darwin F (1880) The Power of Movement in Plant, John Murray, London
Diskuze:
