Čeští vědci z Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR, Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci a dalších institucí přišli s objevem, který může v budoucnu významně ovlivnit šlechtění odolnějších plodin. Podařilo se jim popsat mechanismus, jakým cytokininy (skupina rostlinných hormonů) chrání fotosyntetický aparát v listech během období tmy.

Je dlouhodobě známo, že cytokininy oddalují stárnutí listů (senescenci). Pokud je list oddělen a ponechán ve tmě, obvykle rychle ztrácí chlorofyl a odumírá. Aplikace cytokininů tento proces zpomaluje, ale přesný molekulární mechanismus zůstával nejasný.

Výzkumný tým, který vedl RNDr. Ondřej Plíhal, Ph.D., z Laboratoře růstových regulátorů (společné pracoviště Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého a Ústavu experimentální botaniky AV ČR), spolu s týmem doc. RNDr. Martiny Špundové, Ph.D., z Katedry biofyziky, Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci, zjistil, že cytokininy nefungují jen jako „brzda“ stárnutí. Ve skutečnosti uvádějí fotosyntetický aparát do stavu podobného hibernaci nebo režimu spánku u počítače.

V tomto specifickém stavu je sice aktivita fotosyntézy dočasně snížena, ale chloroplasty (buňky zajišťující fotosyntézu) zůstávají funkční a nezanikají. Jakmile se k rostlině opět dostane světlo, list dokáže díky této ochraně rychle a bezpečně obnovit plný výkon. Navíc cytokininy v této „startovní“ fázi potlačují tvorbu škodlivých reaktivních forem kyslíku, které rostlinu při náhlém osvětlení po dlouhé tmě ohrožují.

Využití v praxi a moderním zemědělství

Pro zemědělskou praxi je klíčové, že vědci testovali tyto účinky nejen na modelových rostlinách, ale i s využitím látek, které už mají reálné uplatnění. Kromě běžného cytokininu BAP zkoumali také sloučeninu MTU, která byla vyvinuta právě v olomoucké Laboratoři růstových regulátorů. Tato látka se již komerčně využívá v zemědělství ke zvyšování výnosů a odolnosti plodin.

Nové možnosti šlechtění

Výzkum publikovaný v časopise New Phytologist také ukázal, že tyto ochranné účinky jsou úzce spjaty s fytochromem B, což je protein umožňující rostlinám vnímat červené světlo.

„Naše poznatky mohou najít praktické využití při šlechtění nových odrůd plodin s výkonnější fotosyntézou nebo s lepší odolností vůči náhlým změnám osvětlení,“ vysvětluje RNDr. Plíhal. To je důležité zejména pro situace, kdy jsou rostliny vystaveny stresu ze zastínění nebo jiným nepříznivým vlivům prostředí. Pochopení toho, jak rostliny „přepínají“ svou energetickou továrnu do úsporného režimu, tak otevírá cestu k stabilnějším výnosům i v proměnlivých klimatických podmínkách.*

Ilustrační foto: Spoluautorky studie Zuzana Kučerová, Martina Špundová a Veronika Kábrtová v laboratoři Foto Ota Blahouška

Funkce fotosyntetického aparátu listů měřená pomocí chlorofylové fluorescence, konkrétně jejího parametru F_V/F_M. Oranžová a červená značí nejvyšší hodnoty, modrá nejnižší. Nízké hodnoty obvykle dokládají špatný stav fotosyntetického aparátu; zde ovšem, u listů pod vlivem cytokininů, svědčí o jeho přechodu do „klidového“ stavu. Listy huseníčku rolního byly přeneseny do tmy a analyzovány uvedený počet dnů poté. Jednotlivé řádky ukazují listy neošetřené (kontrola) a ošetřené látkami s cytokininovou aktivitou (BAP, MTU) ve dvou různých koncentracích. Pokud listy chybějí, znamená to, že v příslušné variantě již neměly funkční fotosyntézu Foto autoři článku v New Phytologist, licence Creative Commons Attribution 4.0 International