Nový rostlinný tkáň objevuje revoluci ve výrobě semen
Výzkumná skupina vedená Dr. Ryushirem Kasaharou objevila novou rostlinnou tkáň nezbytnou pro tvorbu semen, která bude pojmenována na jeho počest.
Tým vědců z Nagoya University v Japonsku identifikoval dříve neznámou rostlinnou tkáň, která hraje klíčovou roli při tvorbě semen. To je poprvé za 160 let, kdy vědci zdokumentovali nově uznanou rostlinnou tkáň. Tento objev otevírá dveře zcela nové oblasti výzkumu a již prokázal reálný potenciál, protože skupina použila tento objev ke zvýšení výnosů u hlavních plodin, jako je rýže.
Vědci vědí již od roku 2005, že k oplodnění musí dojít, aby se vyvíjející semeno, nazývané hypocotyl, mohlo čerpat živiny z „mateřských“ tkání rostliny. Získání poznatků o tom, jak rostliny rozpoznávají, kdy úspěšně došlo k oplodnění, se považuje za důležité pro zlepšení produktivity plodin během šlechtitelských snah.
Příležitostný pozorování vede k průlomu
Tým vedený Ryushirem Kasaharou a Michitakou Nodaguchim narazil na novou tkáň nečekaně. Kasahara barvil semena, aby pozoroval hromadění callózy, voskové látky často zkoumané pro její roli při oplodnění, v rámci úsilí potvrdit dřívější výzkum.
Během této práce narazil na něco překvapivého. “Rostliny oplodňují vkládáním pylové trubice, takže většina vědců se zajímá pouze o místo, kde k tomu dochází. My jsme však našli signály i na opačné straně,” uvedl. “Nikdo se nedíval tam, kde jsem se díval. Pamatuji si, jak jsem byl překvapen, zejména když jsme si uvědomili, že tento signál byl zvlášť silný, když oplodnění selhalo.”
Další analýza odhalila charakteristickou tkáňovou strukturu ve tvaru králíka, která funguje jako brána. Tato struktura, nazvaná „Kasahara Gateway“ na počest jejího objevitele, představuje první novou rostlinnou tkáň identifikovanou od poloviny 19. století.
Tok živin: Úspěch versus neúspěch
Signál, který Kasahara pozoroval, byl výsledkem hromadění callózy, která blokuje tok živin a hormonů do neoplodněných semen. Uzavření bran vedlo k tomu, že semena nedostávala živiny a umírala. Badatelé tuto situaci označili jako „uzavřený stav“. Naopak, když k oplodnění dojde, hypocotyl rozpoznává tento úspěch a rozpuští callózu, což umožňuje živinám proudit do semene a umožňuje jeho růst. Tento stav nazvali „otevřený stav“.
Když byl porovnáván tok živin mezi úspěšně oplodněnými a neúspěšnými embryi, zjistilo se, že tok živin byl pozorován pouze u úspěšných embryí, zatímco u neúspěšných byl zcela blokován, vysvětlil Kasahara. “To omezuje množství zdrojů, které by byly plýtvány na neplatná semena.”
Schopnost brány přepínat mezi otevřeným a uzavřeným stavem naznačuje genetickou regulaci. Vědci zkoumali oplodněné rostlinné hypocotyly, aby identifikovali potenciální genetické kontroly. Identifikovali gen nazvaný AtBG_ppap, který byl upregulován výhradně v oplodněných hypocotylech a zjistili jeho roli při rozpouštění callózy. Když upravili hypocotyly, aby nadměrně vyjadřovaly AtBG_ppap, brána zůstala trvale v otevřeném stavu, což zvyšovalo příjem živin.
“To nás vedlo k uvědomění, že udržování brány trvale otevřené by mohlo zvětšit semena,” řekl Kasahara. “Když jsme tuto teorii testovali na semenech rýže, vyrobili jsme semena, která byla o 9% větší. U semen z jiných druhů jsme dosáhli zvýšení až o 16,5%.”
Jejich zjištění představují významný pokrok v obohacování semen ve šlechtění rostlin. Udržování trvale otevřeného stavu by mohlo podstatně zvýšit výnosy důležitých plodin. Kasahara také věří, že tato zjištění zvýší porozumění evoluci rostlin, zejména proč dominantní ze dnešních rostlin jsou krytosemenné rostliny. “Protože neoplodněný hypocotyl se nemůže stát semenem, krmení by bylo pro rostlinu „plýtváním“,” dodal. “Proto mohli krytosemenné rostliny přežít až do moderní doby tím, že krmily embryo tímto mechanismem, aby zajistily, že zdroje poskytují pouze oplodněným semenům.”
