Rostliny se mohou zdát jako statické a nevnímající prvky, které jsou jen zakořeněné v zemi, aniž by tušily, co se děje kolem nich. Avšak nemůžete být dále od pravdy.
Rostliny totiž ve skutečnosti velmi dobře vnímají svět, včetně světla, dotyku, chemikálií, mikrobů, okolních zvířat a teploty. Vnímají vše svými jedinečnými způsoby, které jsou pro nás často neviditelné. Jak to však rostliny dělají, to stále není plně pochopeno, ale v John Innes Center provádí výzkum, při kterém se zkoumají základní rostlinné mechanismy, aby pomohl odpovědět na otázku – jak rostliny vnímají svět kolem sebe?
Snímání světla
Světlo je forma energie, známá také jako elektromagnetické záření, která se skládá z řady vln různých vlnových délek. Rostliny mají své speciální fotoreceptory detekující pole vlnových délek, což jim umožňuje vnímat světlo. Existuje široká škála těchto fotoreceptorů, včetně fytochromů, kryptochromů, fototropinů a ultrafialových-B receptorů, které umožňují rostlinám detekovat viditelné červené a ultrafialové světlo. Fotoreceptory se nachází napříč celou rostlinou a jsou důležité pro řadu životních funkcí, od regulace vývoje rostliny až po regulaci cirkadiánního rytmu rostliny.
Nejznámější funkcí je pravděpodobně regulace rostlinného hormonu auxinu. Když fotoreceptory detekují světlo, spouští zároveň signální kaskádu, která reguluje produkci auxinu a ten rostlinám určuje směr růstu. Profesor Antony Dodd se svou výzkumnou skupinou zkoumá cirkadiánní hodiny, které jsou částečně regulovány fotoreceptory. Nedávný výzkum skupiny ve spolupráci se skupinou profesora Kerryho A Franklina na Bristolské univerzitě ukázal, že jeden z těchto fotoreceptorů (fytochrom A) interaguje s cirkadiánním rytmem, aby zabránil rostlinám v nadměrném růstu v hlubokém stínu.
Snímání dotyku
Zní to zvláštně, ale rostliny mají své speciální smyslové orgány známé jako mechanoreceptory, které mechanickou stimulaci, jako je dotyk a tlak. Tyto mechanoreceptory mají často podobu jemných chloupků, a když se jich dotknete, způsobí přesun nabitých sloučenin z jedné strany buňky na druhou, což je rostlinou chápáno jako určitý signál. A pokud je dostatečně silný, rostlina tento vjem vnímá a podle toho reaguje.
Například rostliny měchýřovky jsou převážně vodní masožravé rostliny se speciálními listy, které jsou tvořené vzduchem a fungují jako past. Mají tzv. padací systém a jsou pokryty spouštěcími vlasovými mechanoreceptory. Když se nic netušící kořist, třeba malý korýš, dotkne těchto chloupků, spustí se otevření padacího systému a list nasaje kořist. Aby bylo možné lépe porozumět těmto základním mechanismům, studuje skupina Enrica Coena, jak se tvar těchto speciálních pastí vyvíjí u měchýřovky hrbaté.
Méně hrozivých příkladem jsou úponky pnoucích rostlin, jako je hrachor a další liány. Úponky jsou upravené listy pokryté mechanoreceptory, které kolem sebe hledají větve nebo jiné podpůrné systémy. Jakmile je větev nalezena, tyto receptory se spustí, což způsobí otočení révy, aby získala podporu.
V 60. a 70. letech 20. století vyvinul výzkumný program vedený Brianem Snoadem bezlistou odrůdu hrachu, jíž dominují úponky a palisty (upravený list s mnohem menší velikostí). Při pěstování ve vysoké hustotě měla tato nová odrůda „Filby” snížené riziko kolapsu, protože propletené úponky poskytovaly plodině silnější podpůrnou strukturu. Bohužel však nedostatek plných listů způsobil, že rostlina zachytila méně světla a výnosy byly možné pouze při pěstování ve velmi vysokých hustotách, takže tato bezlistá odrůda hrachu byla pro zemědělce neatraktivní.
Chemické snímání
Chemické sloučeniny uvolňované z rostliny do vzduchu působí jako jakýsi jazyk, který umožňuje rostlinám komunikovat se sebou, se sousedními rostlinami nebo dalšími organismy, jako jsou mikroby a hmyz. Detekce těchto sloučenin pomocí receptorů na listech a kořenech je rostlinám prospěšná pro komunikační nebo obranné účely.
Snímání mikrobů
Receptory v kořenech luštěnin mohou například rozlišovat mezi prospěšnými a škodlivými bakteriemi, přičemž detekce prospěšných bakterií iniciuje tvorbu symbiotického vztahu, v němž bakterie poskytují dusík, zatímco rostliny zase naopak dodává mikrobu cukry a další živiny. Speciální vápníkové signální dráhy pomáhají rostlině rozpoznat tyto prospěšné bakterie, což umožňuje vytvoření tohoto harmonického vztahu – tento proces zkoumá výzkumná skupiny Dr. Myriam Charpentier.
Pokud receptory detekují škodlivé bakterie, aktivuje se imunitní systém rostliny ve snaze zabránit mikrobu v kolonizaci rostliny. Některé z těchto rostlinných receptorů jsou známé jako proteiny rezistence vůči chorobám (NLR) a fungují tak, že se vážou na specifické molekuly, které nejsou vlastní, čímž snímají přítomnost potenciálně škodlivých a infekčních patogenů. Skupina profesora Marka Banfielda zkoumá tyto NLR z plodin, včetně rýže a brambor. Pochopení tohoto molekulárního mechanismu snímání patogenů rostlinami pomůže při vývoji plodin odolných vůči chorobám.
Snímání a přitahování zvířat
Určitý druh komunikace existuje v květinách i jako těkavá směs sloučenin, nám známé jako vůně. Zatímco my z nich vyrábíme parfémy, rostliny používají vůně k přilákání opylovačů. Některé jsou velmi specifické pro konkrétní vztah mezi rostlinou a opylovačem. Na tyto komplexní interakce se zaměřuje výzkumná skupiny Dr. Kelsey Byerse, která zkoumá vývoj genů odpovědných za vůni v květinách, jako jsou opičí květy, orchideje a svízel.
Rostlinné receptory nejen vnímají škodlivé bakterie, ale také si uvědomují útoky býložravců. Když jsou rostliny napadeny, například otravnými housenkami a slimáky, uvolňují těkavé sloučeniny varující ostatní rostliny, že tito požírači listů jsou blízko a aby začaly produkovat obranné sloučeniny, které je ochrání před útokem. Některé rostliny mají obranné sloučeniny ve vláskách nazývaných trichomy, které se nachází na povrchu listů a stonků. Jejich přítomnost a hustota souvisí se zvýšenou odolností vůči škůdcům i suchu.
Odhalení býložravců živících se mízou je pro rostliny obtížnější. Tyto druhy hmyzu se plíží mezi buňkami, aby dosáhl mízy uvnitř. To způsobuje velmi malé poškození, které může rostlina zachytit jako signál útoku. Výzkumná skupina profesorky Saskie Hogenhoutové studuje hmyz živící se mízou, včetně mšic, molic a listonohů. Zajímá se o to, jak se tyto druhy vyhýbají obraně svých hostitelských rostlin. Nedávná studie ukázala, že modelová rostlina Nicotiana benthamiana cítí specifický peptid ve slinách mšice Myzus persicae. To rostlinu varuje, že dochází ke krmení mšicemi a vyvolá to její obrannou reakci, která zabraňuje mšicím kolonizovat rostlinu.
Snímání teploty
Teplota v životě rostlin hraje důležitou roli. To je patrné z toho, jak se rostliny mění v průběhu ročních období – shazování listů na podzim, spánek v zimě, kvetení a klíčení na jaře a rozptyl semen v létě. Doba květu je silně ovlivněna teplotou, což je proces známý jako jarovizace. Rostliny při něm cítí a pamatují si dlouhodobé teploty, jako jsou ty v zimě, což jim umožňuje vědět, kdy by měly začít kvést.
Tento proces je regulován genem známým jako „flowering locus C (FLC)”. Výzkumy byly klíčové pro jeho pochopení regulace a toho, jak rostlina cítí a pamatuje si chlad a připravuje se na jarní kvetení. S nárůstem průměrných globálních teplot v důsledku změny klimatu je ohrožena regulace tohoto genu FLC, a tím i doba květu.
Odhalení základních mechanismů, jak rostliny celkově vnímají, nám umožní lépe porozumět interakcím mezi rostlinami a jejich okolním prostředím. To pak může být použito k rozvoji strategií ke zmírnění dopadů změny klimatu a pomoci ke zlepšení celosvětového zabezpečení potravin. Přizpůsobené našich plodin a zemědělských systémů změně klimatu je ústředním bodem našeho výzkumu a tvoří hlavní část naší vize budoucnosti.
autor: Zuzana P.
foto: Pixabay
Štítky: dotyk, plodiny, příroda, rosltiny, smysly, světlo, teplota, věda, vnímání, výzkum
Sdílet na Facebooku
