Nový pohled na rostliny a jejich vnímání okolního světa přinesli vědci z Centra regionu Haná pro biotechnologický a zemědělský výzkum (CRH). V uplynulých dvou letech nahlíželi detailně do nitra masožravé rosnatky kapské (Drosera capensis) a porovnávali její elektrickou signalizaci a fyziologickou odpověď v případech, kdy polapí kořist, nebo je mechanicky poškozena. Zjistili, že odezva rostliny na oba podněty je velmi podobná a masožravost se tak patrně vyvinula z obranných mechanismů rostliny. Článek nedávno otiskl prestižní časopis New Phytologist.
Předmětem zájmu se tentokrát stala masožravka, která kořist chytá pomocí lepkavých žláznatých výčnělků na listech – tentakul. Vědci rostliny vystavili různým vnějším podnětům a zkoumali následné reakce, na jejichž počátku vždy stojí elektrický signál vysílaný tentakulami. Výzkum elektrické signalizace u rostlin mnozí odborníci poměrně dlouho opomíjeli, olomoučtí biofyzici s ním ale mají letité zkušenosti.
Elektrický signál je stěžejní
„Potvrdili jsme, že elektrický signál stojí na počátku vjemů rostliny. V práci jsme popsali celý proces od vyslání elektrického signálu až po výslednou reakci rostliny. Hlavním cílem bylo porovnat elektrickou signalizaci a fyziologickou odpověď na masožravost a mechanické poškození rostliny. Chtěli jsme vědět, zda rostlina dokáže rozlišit rozdílné elektrické signály,“ řekl korespondenční autor práce Andrej Pavlovič z oddělení biofyziky CRH.
V prvním případě vědci zkoumali chování rostliny po té, co uloví kořist. Jakmile se hmyz na list zachytí, začnou z hlaviček tentakul, které jsou s kořistí v kontaktu, vycházet elektrické signály. Šíří se k základně tentakul a v samotném listu se signál promění v jakési elektrické vibrace. Ty zachytí ostatní tentakuly, které nejsou s kořistí v kontaktu, začnou se ohýbat a kořist fixovat.
„Bohatá elektrická aktivita je ale omezená jen na oblast na listu, kde kořist dosedne. Do dvou hodin se v této části pletiva začne akumulovat velké množství hormonu ze skupiny jasmonátů, které dokáží spustit činnost trávicích enzymů. Provedli jsme i analýzu trávicí tekutiny a našli v ní enzymy, které tráví proteiny, chitin či RNA, tedy všechny látky, které v kořisti obsahují hodně dusíku a fosforu. Právě tyto prvky totiž rostliny z kořisti potřebují získat, aby povzbudily svou fotosyntézu,“ přiblížil některá ze zjištění Pavlovič.
Velmi obdobou reakci vzbuzuje i mechanické poškození rostliny, které simuluje útok býložravců. Když vědci rostlinu poranili, vyslala sice zcela odlišný typ elektrického signálu, než jaký rostlina generuje při kontaktu s kořistí, ten se však šířil po celé rostlině a rostlina rovněž zvýšila produkci jasmonátů a zalarmovala své trávicí enzymy ve všech listech. „Zatím nevíme, jaký to má pro rostlinu význam. Proč produkuje trávicí enzymy ve chvíli, kdy nemá co trávit? Předpokládáme, že je to výsledek dědictví evoluce. Tedy období, kdy elektrické signály a jasmonáty v běžných rostlinách, tak jak je tomu dnes, sloužily k indukci obranných reakcí. Mnohé trávicí enzymy se totiž nápadně podobají proteinům sloužícím k obranným reakcím. Masožravost se zřejmě vyvinula z obranných mechanismů rostlin,“ domnívá se Pavlovič.
Rostlina umí kořist ochutnat
Experimenty potvrdily, že rostlina nedokáže vyhodnotit druhy vnějších podnětů a elektrická signalizace není příliš specifická. Zajímavostí ale je, že rostlina umí kořist prostřednictvím specifických receptorů „ochutnat“. „Jakmile rostlina ucítí z kořisti například chitin nebo amoniak, sekrece enzymů se zdesetinásobí. Intenzivní vylučování trávicích enzymů spustí na základě chemického vjemu. Rostlina má proto mechanismy, kterými kořist bezpečně rozezná,“ dodal Pavlovič.
Na výzkumu se kromě biofyzika a rostlinného fyziologa podíleli také biochemici, buněční biologové i analytický chemik ze čtyř oddělení CRH. Olomoucký tým doplnil i jejich bratislavský kolega z Univerzity Komenského. Díky tomu se podařilo vytvořit komplexní výsledek. Možná i proto článek doplnil svým komentářem Axel Mithöfer z Max Planck Institutu pro chemickou ekologii. „Studie je milníkem v našem chápání masožravosti rostlin…,“ napsal mimo jiné Mithöfer.