You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
fyziologie rostlin —<br />
Zelená revoluce<br />
verze 2.0<br />
Poznání dějů probíhajících na vzrostných vrcholech<br />
rostlin bude pro nasycení lidstva čím dál důležitější.<br />
Elliot Meyerowitz z Caltechu patří ke světové špičce<br />
tohoto výzkumu.<br />
text Ondřej Vrtiška<br />
Elliot Meyerowitz vede laboratoř<br />
rostlinné biologie na Kalifornském<br />
technologickém institutu. Na podzim<br />
přednášel v Brně na konferenci EMBO<br />
Signalling in plant development.<br />
Snímek CEITEC.<br />
Podvýživou trpí 800 milionů lidí, z toho<br />
511 milionů připadá na Asii, 232 milionů<br />
na Afriku. Ročně v důsledku nedostatečné<br />
výživy umírá 3,1 milionu dětí. Za pětadvacet<br />
let přitom bude na Zemi žít o 1,2 miliardy<br />
lidí více než dnes. Výnosy většiny klíčových<br />
plodin se přitom zvyšují jen pozvolna nebo<br />
stagnují a zemědělské půdy nepřibývá.<br />
„Zemědělství je staré tisíce let, ale nedrží<br />
krok s růstem lidské populace a změnami<br />
klimatu. Potřebujeme lepší fundamentální<br />
pochopení toho, jak rostliny rostou.<br />
Kdybychom významně zvýšili výnosy<br />
plodin pěstovaných v oblastech sužovaných<br />
nedostatkem základních potravin, zachránili<br />
bychom více životů, než kdybychom<br />
zcela vymýtili malárii, tuberkulózu a AIDS,“<br />
odpověděl Elliot Meyerowitz Vesmíru na<br />
otázku, proč je výzkum růstu a vývoje rostlin<br />
tak důležitý. O významu rostlin v ekosystémech<br />
a v globálních cyklech kyslíku<br />
a uhlíku ani nemluvě.<br />
„Pomocí genových manipulací lze změnit<br />
vlastnosti apikálního meristému (dělivého<br />
pletiva na vrcholu výhonku, pozn. red.),<br />
a tím ovlivnit například frekvenci tvorby<br />
květů nebo úhel, pod kterým ze stonku<br />
a b c<br />
vyrůstají listy,“ vysvětluje Meyerowitz. Nedávná<br />
studie 1 například ukázala, že geneticky<br />
podmíněnou úpravou uspořádání listů by<br />
u sóji šlo lépe využít slunečního záření, což<br />
by vedlo ke zvýšení výnosů o 8,5 % a snížení<br />
spotřeby vody o 13 %.<br />
Meyerowitz však zároveň zdůrazňuje, že<br />
bez ohledu na praktické využití je vývoj<br />
rostliny úžasné téma ke studiu: „Koho by<br />
nefascinovaly geometrické struktury, do<br />
nichž jsou uspořádány okvětní lístky nebo<br />
semena v květu slunečnice?“<br />
Většina výzkumu na poli vývojové biologie<br />
a genetiky rostlin se dnes dělá na huseníčku<br />
rolním (Arabidopsis thaliana, Vesmír 78, 256,<br />
1999/5). K experimentům ho využíval už Freidrich<br />
Laibach ve čtyřicátých letech minulého<br />
století, ale až v sedmdesátých a osmdesátých<br />
letech se huseníček etabloval jako modelový<br />
organismus a stal se díky tomu jedním z nejprozkoumanějších<br />
organismů na planetě.<br />
Významnou roli v tom sehrál právě Elliot<br />
Meyerowitz, který si pochvaluje výhody této<br />
rostlinky: je malá, nenáročná, má hodně<br />
semen, genom sestává pouze z pěti malých<br />
chromozomů, je snadné cíleně vytvářet mutanty.<br />
„Kdyby Mendel pracoval s huseníčkem,<br />
Vývoj květů u huseníčku: a. Snímek z konfokálního mikroskopu zobrazuje nově<br />
vznikající květní pupeny okolo apikálního meristému (zeleně plazmatická membrána,<br />
červeně chloroplasty). b. Prostorové rozložení proteinu PIN 1, který slouží jako<br />
přenašeč rostlinného hormonu auxinu (viz rozhovor na str. 18). Šipky naznačují<br />
směr, kterým auxin proudí. c. Výstup matematického modelu simulujícího zakládání<br />
nových květů. Snímky: a) Roeder et al., 2010, b) Heisler et al., 2005, c) Jönsson et al., 2006.<br />
mohl toho stihnout dvakrát tolik. Dnes je<br />
každoročně o huseníčku publikováno více<br />
prací než o octomilce.“<br />
Apikální meristém huseníčku sestává<br />
z několika set buněk, mezi nimiž funguje<br />
složitá síť zpětných vazeb. Podílejí se<br />
na nich rostlinné hormony, transportní<br />
proteiny i fyzikální faktory. Vědci v Meyerowitzově<br />
laboratoři zpočátku studovali<br />
mutantní rostliny a sledovali, jak různé<br />
mutace ovlivňují vývoj rostliny jako celku.<br />
Rozvoj fluorescenčního značení a konfokální<br />
mikroskopie však postupně umožnil sledovat<br />
v reálném čase a ve třech rozměrech<br />
chování jednotlivých buněk, expresi genů,<br />
lokalizaci proteinů… „Získali jsme dynamický<br />
pohled na souhru oněch zpětných vazeb.<br />
A zatímco se díváme, můžeme měnit aktivitu<br />
jednotlivých genů a pozorovat důsledky.“<br />
Díky tomu a díky znalosti genomu se pomalu<br />
daří popisovat jednotlivé mechanismy na<br />
molekulární úrovni.<br />
Informace získané při experimentech slouží<br />
jako vstupní data pro matematické modely,<br />
které simulují chování apikálního meristému<br />
a následně růst a vývoj celé rostliny. Podle<br />
Meyerowitze už dnešní počítače umožňují<br />
zcela realistické simulace, stačí „pouze“ dát<br />
dohromady všechna potřebná data. „Když<br />
to dokáže tak hloupé stvoření jako rostlina,<br />
proč bychom to nedokázali my?“ Spolupracuje<br />
s fyziky a matematiky, na Caltechu spoluzaložil<br />
centrum pro biologické modelování.<br />
Je přesvědčen, že moderní biologie se bez<br />
matematiky a modelů neobejde. Podílí se i na<br />
vývoji programu Cellerator (www.cellerator.<br />
org), který by měl matematické modelování<br />
zpřístupnit i těm biologům, kteří mají před<br />
složitější matematikou respekt. •<br />
rozhovor s E. Meyerowitzem na<br />
www.vesmir.cz<br />
1) Global Change Biology 2014, doi: 10.1111/gcb.12567.<br />
www.vesmir.cz 21
Change language