Český vědec pomohl odhalit záhadu, jak rostliny tloustnou. Může to pomoci získat víc potravy

Dvě mezinárodní vědecké skupiny, v nichž je zapojen český vědec Ondřej Smetana, objevily způsob, jak rostliny rostou do šířky. Může to otevřít dveře pěstování stromů rychleji ukládajících oxid uhličitý ve dřevě nebo kořenové zeleniny s lepšími vlastnostmi.

Podle autorů práce si vědci dlouhá léta neuvědomovali, jak důležitý je význam růstu stromů a dalších rostlin do šířky. Právě díky němu se tvoří stonky a kmeny silnější. Tento takzvaný radiální růst umožňuje mechanickou oporu a vznikají při něm využitelné materiály, jako dřevo nebo korek. Navíc má také hlavní podíl na ukládání atmosférického oxidu uhličitého v podobě uhlíku do rostlinné biomasy.

Během radiálního růstu se tvoří specializovaná vodivá pletiva, která transportují vodu a živiny rostlinou a která můžeme vidět jako letokruhy na příčných řezech kmenů. Byliny i dřeviny většinou rostou do šířky během celého svého života. Radiální růst je také odpovědný za sílení kořenové zeleniny a jedlých hlíz, jakými jsou řepa, mrkev nebo brambory. Mechanismus regulace růstu stonků, kořenů a kmenů do šířky je ale prakticky neznámý.

Týmy rostlinných biologů z univerzit v Helsinkách a Cambridge, v nichž pracuje Ondřej Smetana, zkoumaly dva regulační mechanismy kontrolující tento velmi důležitý radiální růst rostlin. Jejich objevy byly zveřejněny ve dvou článcích v nejprestižnějším vědeckém magazínu na světě, časopisu Nature. Poskytují zatím nejlepší pochopení toho, jak rostliny rostou do šířky. To také znamená, že části učebnic biologie rostlin po celém světě, popisující jak se tvoří a rostou dva typy vodivých pletiv – dřevo a lýko – se budou muset přepsat.

Jak rostliny kontrolují a usměrňují růst do šířky

Tým Ari Pekky Mähönena z helsinské univerzity v čele s hlavním řešitelem projektu, českým vědcem Ondřejem Smetanou, použil jako modelovou rostlinu huseníček polní. Ukončil tak téměř stopadesátiletou debatu o přesné pozici a povaze zárodečných buněk odpovědných za radiální růst. Dosud nebylo jisté, zda jsou dřevo a lýko tvořeny pouze jednou vrstvou zárodečných buněk, nebo jsou tyto vrstvy dvě.

Nyní vědci experimentálně dokázali, že v kambiu (dělivá buněčná vrstva, která tvoří vodivá pletiva) je pouze jedna vrstva zárodečných buněk, která je společná pro dřevo i lýko. Tento tým dokázal, že zárodečné buňky kambia se nacházejí hned vedle mladých buněk dřeva, které se již nedělí, a že mladé buňky dřeva mají úlohu „organizátora“ sousedních zárodečných buněk. Dále popsali molekulární mechanismus, který udržuje organizátor aktivní.

Ondřej Smetana byl v menší míře i v týmu profesora Ykä Helariutty z Univerzity Cambridge, složeném z vědců z Helsinek i Cambridge. Tento mezinárodní tým se zaměřil na rané fáze vývoje vodivých pletiv ve špičkách kořene stejné modelové rostliny. Ukázal, že oproti pozdějším fázím vývoje vodivých pletiv během primární fáze jsou to mladé buňky lýka, které organizují raný radiální růst kambia. Také popsal genovou síť, která reguluje tento růst.

Tato zjištění odhalují důležité regulační mechanismy, které umožňují rostlinám pokračovat v radiálním růstu velmi organizovaným způsobem, což se projevuje jako soustředné vzory viditelné na průřezech stonků a kořenů.

Jaký je smysl výzkumu?

Týmy Ari Pekky Mähönena a prof. Ykä Helariutty nyní pokračují v odhalování toho, jak je dále tato signalizace mezi buňkami kontrolována a jak radiální růst v raných fázích vývoje ovlivňuje pozdější fáze radiálního růstu. Pak by bylo možné vylepšit produkty s praktickým a ekonomickým využitím, jakými jsou dřevo nebo zásobní orgány kulturních plodin – brambor, cukrové řepy nebo mrkve.

Tyto objevy by totiž mohly otevřít dveře ke zvyšování výnosu zemědělských plodin. Dále by také mohly pomoci ovlivňovat rychlost růstu a tvrdost dřeva. To je jedna z možných strategií, jak se zbavovat nadměrného množství atmosferického oxidu uhličitého v rostlinné biomase v podobě uhlíku.