Úspěšné oplození rostlin závisí na rychlém růstu pylové láčky – drobné trubici, která dopravuje samčí pohlavní buňky k vajíčku. Vědci z Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR a Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy spolu s francouzskými kolegy nyní objasnili, jak rostliny tento proces regulují. Popsali roli proteinu eIF3E, který udržuje optimální rychlost růstu pylové láčky pomocí genetických „spínačů” řídících tvorbu bílkovin. Informuje o tom tisková zpráva Ústavu experimentální botaniky Akademie věd ČR.  Výsledky publikované v prestižním časopise The Plant Cell přinášejí nové poznatky o pohlavním rozmnožování rostlin. Do budoucna mohou pomoci také při šlechtění odolnějších plodin s větší produkcí semen.

Nejrychleji rostoucí rostlinné buňky

Jak uvádí zpráva, plody a semena jsou základní složkou našeho jídelníčku – od obilnin a luštěnin až po ovoce nebo plodovou zeleninu. Jejich vývoj začíná oplozením, tedy splynutím samčí a samičí pohlavní buňky. U kvetoucích rostlin dopravuje samčí pohlavní buňky k vajíčku trubicovitá struktura zvaná pylová láčka. Vyrůstá z pylového zrna po jeho dopadu na bliznu a postupně se prodlužuje směrem k vajíčku. „Závodí“ při tom s dalšími láčkami, protože jen ta nejrychlejší úspěšně předá samčí pohlavní buňky a zajistí tak oplození.

Pylové láčky patří k nejrychleji rostoucím rostlinným buňkám. Láčka se prodlužuje pouze na špičce a buňka zde musí nepřetržitě budovat novou buněčnou stěnu i další struktury. To vyžaduje stálý přísun „stavebních materiálů“ i přesně řízenou produkci proteinů. Právě regulaci tohoto procesu zkoumal česko-francouzský tým vedený vědci z Ústavu experimentální botaniky AV ČR, uvádí zpráva.

Protein, který hlídá tempo

Badatelé se zaměřili na protein eIF3E, součást buněčného komplexu, který zahajuje tvorbu proteinů podle genetické informace zapsané v DNA a přenášené v buňce prostřednictvím molekul nazývaných mRNA. Jak popisuje první autor studie Vinod Kumar, který byl v době výzkumu zároveň doktorským studentem Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy, na projektu pracovali zhruba pět let. Kombinovali počítačové modelování s experimentálními metodami, což jim umožnilo detailně charakterizovat funkce jednotlivých částí proteinu.

Experimenty ukázaly, že eIF3E je pro správný růst pylové láčky nezbytný. Pokusné rostliny huseníčku a tabáku s poškozeným genem pro tento protein vytvářely deformované nebo zkrácené láčky. V některých případech vyvolalo poškození genu zvláštní typ růstu, kdy se opakovaly krátké epizody velmi rychlého prodlužování s následným výrazným zpomalením. Řečeno sportovní terminologií, láčka nasadila ostré tempo, které však nedokázala udržet, informuje zpráva.

„Příliš razantní prodlužování může u pylových láček vést k tomu, že nově vznikající struktury na špičce láčky nejsou dostatečně pevné – například že buněčná stěna je příliš tenká. Protein eIF3E má za úkol udržovat rovnováhu, nastavuje rychlost růstu tak, aby byla zachována kvalita vznikajících struktur,“ vysvětlil vedoucí výzkumu Said Hafidh z Laboratoře biologie pylu Ústavu experimentální botaniky AV ČR.

Překvapivé genetické spínače

Vědci zároveň zjistili, že eIF3E ovlivňuje tvorbu mnoha proteinů potřebných pro růst pylových láček. Dělá to zajímavým způsobem: váže se na krátké úseky genetické informace v molekulách mRNA – takzvané motivy MC1 a MC2 – a podle toho, na který z nich se naváže, zrychluje nebo zpomaluje produkci bílkovin. „Podobné regulační úseky vědci dosud nacházeli jen na začátku či na konci vlákna mRNA. My jsme je ale objevili uvnitř, přímo v ‚receptu‘ na výrobu proteinu. To bylo velmi nečekané,“ uvedl Said Hafidh.

Budoucí směry výzkumu i aplikace v zemědělství

Výzkumný tým chce nyní objasnit přesný molekulární mechanismus, kterým eIF3E řídí rychlost produkce proteinů u modelových plodin, například rajčat. Lepší porozumění regulaci tvorby proteinů by mohlo přispět nejen k poznání rozmnožování rostlin, ale i k praktickým aplikacím.

Pyl je velmi citlivý na vlny horka, sucho a kolísání vlhkosti, a to i krátkodobé. Robustnější systém produkce proteinů v pylu a pylových láčkách by proto mohl zlepšit plodnost rostlin, produkci hybridního osiva nebo vyrovnanost výnosů mezi jednotlivými roky. Získané poznatky tak mohou v budoucnu pomoci vyšlechtit „chytřejší“ plodiny odolnější proti extrémům počasí, dodává zpráva.*

Úvodní fotografie: Pylová zrna přichycená na blizně (nahoře) – první krůček k semenům, plodům a novému životu Foto Said Hafidh, kolorováno