Přejít na hlavní obsah
Výzkumný tým ve složení Jana Pečinková, Pavlína Mikulková a Soňa Valuchová.

Vědci se poprvé podívali rostlinám až do ložnice

Průlomovou techniku vyvinuli výzkumníci z Masarykovy univerzity. Umožňuje sledovat v reálném čase rozmnožování rostlin až na úrovni buněk i jednotlivých molekul.

Za objevem stojí výzkumná skupina Karla Říhy z institutu CEITEC MU, která se věnuje především studiu meiózy rostlin. To je proces, při němž dochází k dělení buněk a půlení počtu chromozomů jako příprava k předání genetické informace potomkům.

„Když jsem před šesti lety přecházel z Vídně do Brna, tak jsem přemýšlel o potenciálu, který obrovské investice do vybavení nových laboratoří institutu CEITEC nabízely. A rozhodl jsem investovat do vývoje metody, která nám umožní zobrazovat procesy odehrávající se v zárodečné linii květů. Zajímá nás vlastně to, co jíme, protože produktem pohlavního rozmnožování rostlin jsou semena a plody,“ přiblížil Říha.

Pro rostlinné biology není pohlavní život rostlin zcela neznámý, studují ho především za pomoci cytologických a genetických metod převážně na mrtvých buňkách. „Chtěli jsme ale vidět dynamiku tohoto procesu na živo. Problém je, že pohlavních buněk v květu není mnoho a navíc jsou schovány uvnitř prašníků a pestíku. Nedají se mimo tyto orgány studovat, protože zahynou. Začali jsme tedy hledat mikroskopické metody, které by nám umožnili průběžně sledovat růst celého květu na buněčné úrovni.“

Po několika letech náročné práce a zkoušení se to týmu ve složení Pavlína Mikulková, Soňa Valuchová a Jana Pečinková podařilo. Vědkyně si vyvinuly postupy, které jim zcela novým způsobem umožňují využívat už existující technologie. „Vybudovali jsme nové know-how a tým s potřebnými znalosti a zkušenostmi, což pomůže nejen naší vědecké práci, ale můžeme nabízet pomoc i dalším týmům,“ doplnil Říha.

Sledování těchto procesů naživo je pro vědce průlomové. „Přestavte si, že byste chodili na natáčení filmu, zaznamenávali si to, co se tam děje na fotkách, a pak se snažili na základě těch snímkům uhádnout, o čem film je. Jenže záběry se natáčí v různém pořadí, opakovaně, něco z nich ve filmu zůstane, ale něco ne. Až když se podíváte na film od začátku do konce, získáte mnohem lepší informace o tom, jak se jeho děj vyvíjí v čase - tedy které věci po sobě následují,“ shrnula význam nové metody Valuchová.

Vedoucí výzkumného týmu Karel Říha.

Jak pozorovat květ

Dát pod mikroskop květ nezní moc složitě, ale náročnější je to ve chvíli, kdy v něm chcete pozorovat přirozené procesy. Pavlína Mikulová se dlouho věnovala tomu, jak udržet utržený květ naživu i několik dní, a také tomu, jak z něj vypreparovat reprodukční orgány, které vědci chtějí pozorovat.

„Původně jsem to zkoušela s řepkou, jejíž květy jsou mnohonásobně větší než rostliny huseníčku rolního, které k experimentům využíváme. Ty jsou velice malé a květní stádia, která nás zajímají, mohou mít pouze 0,2 milimetry. Hledala jsem různé pomůcky, kterými bych mohla tahle malými květy manipulovat. Nakonec jsem ale zjistila, že nejlepšími pomocníky jsou oči, ruce a pinzeta, s nimiž obnažím poupě takové velikosti, kterou zrovna potřebujeme,“ uvedla Mikulková s tím, že bylo potřeba také najít výživný roztok, který by květ udržel dlouho v růstu bez přidání hormonů a zároveň umožnil vytvořit co nejlepší obraz. Testovat musela i to, jak květ umístit v mikroskopu tak, aby sledované buňky neodrostly pryč z místa, které laserový paprsek pravidelně skenuje.

Jak zajistit co nejlepší obrázky a jak je dále upravovat, aby se zachytilo dění v květu, má na starosti Soňa Valuchová. „Mikroskop snímá pravidelně jednotlivé vrstvy květu, kterých může být až 300. Frekvenci nastavujeme podle toho, co zrovna chceme pozorovat, většinou stačí udělat obrázek jednou či dvakrát za hodinu, ale třeba pro sledování dělení buněk jsme dělali snímky co půl minuty a při pohybech chromozomů v meióze dokonce po pěti sekundách,“ přiblížila rychlost dějů při rozmnožování rostlin.

VLEVO: Probíhající meióza v živém květu. (Červená jsou jádra všech buněk tyčinek a pestíku. Zeleně jsou značena jádra buněk budoucích pylových zrn.) VPRAVO: Odpověd květu na hormonální stimul ve vývoji (Zelenou je značen protein lokalizovaný v jádře za přítomnosti hormonu auxinu.)

Výsledkem jsou videa, která ukazují přesný sled dějů v buňkách květu. Odborníci se mohou dívat na jednotlivé vrstvy, nebo je spojit a vytvořit trojrozměrnou strukturu květu. Pomáhá jim s tím speciální software, který umožňuje manipulovat s velkými objemy dat z měření. „Rostliny máme pod mikroskopem i pět dní, takže získáme terabajty dat, které potřebujeme zpracovat,“ podotkla Valuchová. Některé úpravy byly nad síly našich nejvýkonnějších počítačů, a proto jsme spolupracovali s týmem Pavla Tomančáka a využívali kapacitu superpočítače v IT4Innovation v Ostravě.

Ani dobře nastavený mikroskop a připravený květ ale nestačí k tomu, aby se daly pozorovat děje uvnitř rostlinných buněk. Struktury, o které mají vědci zájem, je potřeba ještě označit fluorescenční značkou – bílkovinou - tak, aby byly pod mikroskopem snadno identifikovatelné. Aby tedy tým mohl pozorovat konkrétní struktury, musel si vypěstovat rostliny, které v sobě už fluorescenční značku mají trvale zabudovanou.

Přípravu takzvaných reportérových linií rostlin měla na starosti Jana Pečinková, která křížila rostliny s konkrétním znakem, který chtějí vědci studovat, s rostlinami, které už obsahují příslušnou fluorescenční značku.
„Když je zkřížíte, další generace se už dá používat k pokusům, ale jsou obvykle potřeba ještě další dvě generace, než dostanete linie, které jsou geneticky stabilní. U huseníčku zabere vytvoření takové linie zhruba devět měsíců,“ přiblížila Pečinková s tím, že v Brně už mají desítky linií, které umožňují sledovat různé aspekty procesů rozmnožování rostlin.

Poprvé viděli vznik vajíček

Nový způsob pozorování rozmnožování rostlin umožnil týmu z institutu CEITEC MU sledovat vznik pylu od takzvaných premeiotických fází, přes jejich dělení, kdy se redukuje počet chromozomů v buňkách na polovinu, až po vznik pylových buněk. Jako prvním na světě se jim taky podařilo sledovat obdobný vývoj samičí zárodečné dráhy, tedy vývoj vajíčka v pestíku.

Sledovat mohou také vznik rostlinného embrya a endospermu, tedy výživné tkáně, kterou pak u některých druhů v podobě zrn či plodů jedí lidé. Tato metoda otevřela úplně nové možnosti výzkumu rozmnožování rostlin. „Nás například zajímá, jak se zárodečná buňka přeprogramuje na meiotické buněčné dělení, při kterém se genetická informace zredukuje na půl, a potom zase zpět na běžné mitotické dělení, při kterém zůstává genetická informace plně zachována.

Nejenže díky tomuto know-how můžeme detailně studovat na molekulární úrovni procesy, které jsou pro reprodukci rostlin stěžejní, ale navíc můžeme testovat, jak na reprodukci rostlin působí například zvýšená teplota, což je v této době obzvlášť aktuální téma. “ podotkl Říha.

Hlavní novinky