Je možné tlumit stres rostlin, a tím posílit jejich výnos? Dle vědců ano. Studie z posledních let ukazují, že zásahem do metabolismu fytohormonů, konkrétně cytokyninů, lze ovlivnit vývoj kořene i lodyhy, dělení buněk a pletiv, kvetení a vývoj plodu či právě odolnost vůči stresu.
Takzvaný abiotický stres přímo souvisí s faktory zevního prostředí. Jde o stres z nedostatku nebo nadbytku světla, vody či kyslíku, stres vyvolaný vysokou nebo nízkou teplotou, případně mechanický stres. Vzhledem ke svému přisedlému způsobu života jsou rostliny neustále vystaveny stresům a jsou nuceny velmi dynamicky reagovat na okolní prostředí. „Růst a vývoj rostlin, jakož i jejich interakce s prostředím, jsou regulovány rostlinnými hormony. Cytokininy jsou jednou z nejdůležitějších skupin fytohormonů, která hrají významnou roli při odezvě na abiotické stresy,“ říká prof. Ing. Miroslav Strnad, CSc., DSc., jehož projekt zaměřený na studium metabolismu cytokininů a aldehydů v rostlinách podpořila Grantová agentura České republiky.
„Zajímáme se také o aldehydy, které se běžně v metabolismu rostlin vyskytují, tak i o ty, které jsou spojeny s poškozením membrán při stresu a jež jsou pro buňku toxické. Na pracovištích řešitele a spoluřešitele se dlouhodobě věnujeme studiu metabolismu cytokininů a aldehydů. S ohledem na současnou legislativu a restrikce spojené s pěstováním geneticky modifikovaných plodin v EU, je logickým přístupem pro manipulace s obsahem cytokininů v rostlině aplikace látek, které umožní vyvolat změny endogenních hladin bez zásahu do genomů rostlin,“ vysvětluje prof. Strnad z Laboratoře růstových regulátorů, společného pracoviště Ústavu experimentální botaniky AV ČR a přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého v Olomouci.
Jeho týmu se podařilo vyvinout první generaci protistresových látek na bázi syntetických cytokininů odvozených od difenylmočoviny, které vykazují protistresovou funkci, a přitom se nechovají na receptorové a biotestové úrovni jako klasické cytokininy. Největší podíl na vývoji těchto látek měl Mgr. Jaroslav Nisler, Ph.D.
O olomoucké patenty je zájem
„V kombinaci s rentgeno-strukturní analýzou a enzymologickým přístupem bylo možno navrhnout a vyvinout účinnější inhibitory enzymu cytokininoxidasy/dehydrogenasy (CKX) s inhibiční konstantou v nanomolárních koncentracích. To přináší výhodu nižší pracovní koncentrace, nižších nákladů, a tím pádem i menšího zatížení životního prostředí,“ uvádí k výsledkům obou týmů spoluřešitel projektu Mgr. David Kopečný, Ph.D. Podle něho byly tyto látky testovány v polních pokusech na pšenici, ječmeni a řepce, kde byl pozorován pozitivní účinek na výnos i vyšší odolnost vůči abiotickému stresu. Nově vyvinuté látky tak nabízí širší možnosti využití v rostlinných biotechnologiích a zemědělství. Na CKX inhibitory byla podána i prioritní česká patentová přihláška a následně mezinárodní PCT přihláška. O udělené patenty již projevily zájem zahraniční firmy z oblasti výroby agrochemikálií.
Na projektu pracoval společný tým zhruba pět let. Jeho součástí byli kolegové z Univerzity Palackého a Ústavu experimentální botaniky AV ČR v Olomouci, a dále kolegové z Belgie (Ghent University) a Francie (INRAE, CNRS, Université Paris-Saclay). Společné úsilí vyústilo zejména ve společnou publikaci Nisler el al. zveřejněné v časopise J. Exp. Bot. (DOI: 10.1093/jxb/eraa437), jež shrnuje hlavní vědecké výstupy bádání.
Vědci i nadále pokračují ve spolupráci, momentálně na novém projektu financovaném GA ČR s názvem „Modulace abiotických stresových reakcí rostlin cestou regulace cytokininových a purinových interkonverzních enzymů“, který se zaměřuje na purinové a cytokininové ribosidy a utilizaci dusíku.
Prof. Ing. Miroslav Strnad, CSc., DSc., působí od roku 1996 jako vedoucí Laboratoře růstových regulátorů – společného pracoviště ÚEB AV ČR a UP v Olomouci. V letech 2012–2016 působil jako viceprezident a prezident Evropské fytochemické společnosti. Je předsedou panelu GA ČR a členem panelu ERC. Jeho výzkum je zaměřen na studium rostlinných hormonů a jejich využití v praxi.
Mgr. David Kopečný, Ph.D., působí na PřF UP v Olomouci od roku 2006. Obdržel titul Ph.D. v oboru lékařská chemie a biochemie (Univerzita Palackého, Olomouc) a v oboru biologie (Université Paris-Sud XI, Orsay). Pracoval na katedře biochemie, v Centru regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum a od ledna 2021 působí na nově zformované Katedře experimentální biologie. Jeho výzkum je zaměřen na strukturní biologii a enzymologii.