Biochemici přispěli k pochopení obranných mechanismů rostlin

Vědcům z katedry biochemie přírodovědecké fakulty a Centra regionu Haná se ve spolupráci s francouzskými kolegy povedlo jako prvním na světě vyřešit krystalovou strukturu rostlinného enzymu S‑nitrosoglutationreduktasy, který se účastní obranných mechanismů rostlin aktivovaných například po napadení patogenními organismy. Poznatky, které loni publikoval mezinárodní časopis Biochimie, mohou mít přínos při testování a vývoji odrůd plodin odolných vůči chorobám.

„Je to první krystalová struktura rostlinného enzymu S‑nitrosoglutationreduktasy, která byla publikovaná. Enzym byl u rostlin znám, ale nebyla prokázána jeho funkce související s procesy signalizace, tedy obrany rostlin například vůči napadení patogeny. To je věc nová, zhruba posledních deset let. Náš přínos je v tom, že zatímco vědci dříve zkoumali tuto problematiku na huseníčku rolním, jenž je pro experimenty ideální, a výsledky této studie dosud nepublikovali, my jsme pracovali na významné rostlině z oblasti zemědělství, tedy na rajčeti,“ uvedl Marek Petřivalský z katedry biochemie.

Významný podíl na vědeckém úspěchu má Lucie Kubienová z katedry biochemie. V průběhu doktorského studia se jí společně s Martinou Kopečnou podařilo připravit rekombinantní enzym S‑nitrosoglutationreduktasu. Na studijním pobytu v USA pokračovala ve studiu základních charakteristik tohoto enzymu. Následně ve spolupráci s kolegou Davidem Kopečným z Centra regionu Haná a francouzskými partnery studovala jeho krystalovou strukturu.

„Během magisterského studia jsem měla možnost absolvovat odbornou stáž v laboratořích University v Jaénu ve Španělsku, kde jsem se věnovala studiu mechanismu obranných reakcí u rostlin, a to konkrétně zapojení enzymu S‑nitrosoglutationreduktasy u hrachu setého v reakci rostlin na nedostatek osvětlení a teplotní stres. Problematika mne zaujala, proto jsem se na doktorské studium přihlásila na katedru biochemie. Vybrala jsem si téma zaměřené na studium úlohy reaktivních forem kyslíku a dusíku v obranných mechanismech rostlin,“ řekla Kubienová.

Studium enzymu nekončí

Studium enzymu S‑nitrosoglutationreduktasy na katedře pokračuje díky projektu Kontakt, na němž olomoučtí vědci spolupracují s výzkumným týmem z University of Massachusets Amherst v USA. Žádné jiné pracoviště v tuzemsku se těmito otázkami nezabývá. „Studii jsme rozšířili o další zemědělské rostliny, například saláty a květáky. Zahájili jsme navazující projekt zaměřený na přípravu a charakterizaci enzymu S‑nitrosoglutationreduktasy z patogenních organismů,“ objasnil za řešitelský tým Petřivalský.

Velmi příbuzné téma je obsahem i druhého významného projektu, který podpořila Grantová agentura ČR a zapojil se do něj i výzkumný tým Ústavu biochemie Masarykovy univerzity v Brně. Je zaměřen na charakterizaci procesů zapojených v indukci rezistence rostlin vůči patogenům, a to zejména na úlohu reaktivních forem kyslíku a dusíku v obranných mechanismech rostlin. „Oxid dusnatý je signální molekula v živočišných a rostlinných organismech. Postupně se odhaluje jeho zapojení v řadě regulačních procesů. Předpokládá se, že se může účastnit i přenosu signálu na delší vzdálenost přes malou molekulu S‑nitrosoglutation. Hladinu této látky v rostlinných i živočišných buňkách reguluje právě enzym S‑nitrosoglutationreduktasa,“ vysvětlila řešitelka projektu Lenka Luhová.

Využití ve šlechtění a obraně rostlin

Výsledky bádání mohou mít praktický dopad. Zejména proto, že biochemici jsou v těsném kontaktu s kolegy z katedry botaniky, kteří se věnují aplikovanému výzkumu rostlin ve spolupráci se šlechtitelskými pracovišti. Pokud vědci pochopí obranné mechanismy rostlin, bude snazší vypěstovat odolnější odrůdy vůči chorobám. „My se zabýváme patogeny na rajčeti, jako je například padlí. Sledujeme, zda námi studované enzymy mají úlohu v tom, že některé odrůdy jsou odolné, a jiné naopak k padlí náchylné,“ doplnil Petřivalský.

K pochopení vztahu mezi rostlinou a původci chorob by měl přispět i výzkum elicitinů. Jedná se o látky produkované patogenními organismy, které mají zásluhu na tom, že rostlina útok patogenu rozpozná. „Následuje spuštění obranné reakce. Aktivují se různé geny, nebo se naopak zastavuje jejich přepis. Dochází ke změnám v produkci aktivních forem kyslíku a dusíku, které hrají důležitou roli v takzvané hypersenzitivní reakci, kdy dochází k lokální destrukci pletiva hostitelské rostliny, a tím zamezení šíření patogenu v rostlině. Pochopení mechanismu aktivace obranných reakcí rostliny a případně využití látek, které se na aktivaci podílí, může mít praktické využití ve šlechtění a ochraně rostlin,“ řekla Luhová.

Oba projekty navazují na předchozí výzkumné projekty a pokračovat budou i v příštích měsících. Mimo jiné přispěly také k tomu, že katedra biochemie je v současné době vybavená kvalitní přístrojovou technikou. Obrovským přínosem je také navázání spolupráce s partnery v tuzemsku i zahraničí.