Výzkumná skupina vedená doktorem Ryushirem Kasaharou objevila nový rostlinný tkáň, která je zásadní pro formování semen a bude pojmenována na jeho počest.
Tým vědců na Nagoyské univerzitě v Japonsku identifikoval dosud neznámý rostlinný tkáň, který hraje rozhodující roli ve vytváření semen. Toto znamená první dokumentaci nově uznaného rostlinného tkáně za 160 let. Tento objev otevírá zcela novou oblast výzkumu a již ukázal reálný potenciál, neboť tým využil své zjištění k zvýšení výnosů u hlavních plodin, jako je rýže. Studie byla publikována v časopise Current Biology.
Vědci již od roku 2005 vědí, že musí proběhnout oplodnění, aby vyvíjející se semeno, nazývané hypotokyl, mohlo čerpat živiny z „mateřských“ tkání rostliny. Získání poznatků o tom, jak rostliny rozpoznávají úspěšnost oplodnění, je považováno za důležité pro zlepšení produktivity plodin během šlechtění.
Šťastná náhoda vede k průlomu
Tým, jehož vedení se ujali Ryushiro Kasahara a Michitaka Nodaguchi, náhodou narazil na nový tkáň. Kasahara barvil semena, aby pozoroval hromadění callózy, voskovité látky, která je často zkoumána pro svou roli při oplodnění, jako součást snahy potvrdit dřívější výzkum.
V průběhu této práce objevil něco překvapivého.
„Rostliny se oplodňují zasunutím pylové trubice, takže většina vědců se zajímá pouze o místo, kde k tomu dochází. Nicméně jsme našli signály i na opačné straně,“ řekl. „Nikdo se nedíval tam, kde jsem se díval. Pamatuji si, že jsem byl překvapen, zejména když jsme si uvědomili, že tento signál byl obzvlášť silný, když oplodnění selhalo.“
Další analýza odhalila charakteristickou strukturu tkáně ve tvaru králíka, která funguje jako brána. Tato struktura, nazvaná ‚Kasaharova brána‘ na počest jejího objevitele, představuje první nově identifikované rostlinné tkáň od poloviny 19. století.
Signál, který Kasahara pozoroval, byl výsledkem usazení callózy, která blokuje tok živin a hormonů do neoplodněných semen. Uzavření bran vedlo k tomu, že semena nedostávala živiny a umírala. Výzkumníci tento stav nazvali ‚uzavřený stav‘. Na druhou stranu, když dojde k oplodnění, hypotokyl rozpozná tento úspěch a rozpuští callózu, což umožňuje tok živin do semena a podporuje jeho růst. Tento jev výzkumníci pojmenovali ‚otevřený stav‘.
Tok živin: Úspěch versus neúspěch
„Když jsme porovnávali tok živin mezi úspěšně oplodněnými a neúspěšnými embryi, zjistili jsme, že tok živin byl pozorován jen u úspěšných embryí, zatímco v neúspěšných byl zcela zablokován,“ vysvětlil Kasahara. „To omezuje množství zdrojů, které se plýtvají na neuskutečněná semena.“
Schopnost brány přepínat mezi otevřenými a uzavřenými stavy naznačovala genetickou regulaci. Výzkumníci zkoumali oplodněné rostlinné hypotokyly, aby identifikovali možné genetické kontroly.
Identifikovali gen s názvem AtBG_ppap, který byl zvýšeně exprimován výhradně v oplodněných hypotokylech a zjistili jeho roli v rozpuštění callózy. Když modifikovali hypotokyly k nadměrné expresi AtBG_ppap, brána zůstávala trvale otevřená, což zvyšovalo příjem živin.
„To nás přivedlo k uvědomění, že trvalé udržování brány otevřené by mohlo zvětšit semena,“ řekl Kasahara. „Když jsme tuto teorii testovali na rýžových semenech, vyrobili jsme semena, která byla o 9 % větší. U semen jiných druhů se nám podařilo dosáhnout zvýšení až o 16,5 %.“
Jejich zjištění představují významný pokrok v oblasti zlepšování semen v rostlinném šlechtění. Udržování trvale otevřeného stavu by mohlo významně zvýšit výnosy důležitých plodin.
Kasahara také věří, že tato zjištění posílí porozumění evoluci rostlin, zejména proč dnes dominují angiospermy (kvetoucí rostliny). „Jelikož neoplodněný hypotokyl nemůže být semenem, bylo by krmení nesmyslné pro rostlinu,“ uvedl. „Proto mohly angiospermy přežít až do moderní doby krmením embryonální části tímto mechanismem, aby zajistily, že poskytnou zdroje pouze oplodněným semenům.“
Reference: „Fertilization-dependent phloem end gate regulates seed size“ od Xiaoyan Liu, Kohdai P. Nakajima, Prakash Babu Adhikari, Xiaoyan Wu, Shaowei Zhu, Kentaro Okada, Tomoko Kagenishi, Ken-ichi Kurotani, Takashi Ishida, Masayoshi Nakamura, Yoshikatsu Sato, Yaichi Kawakatsu, Liyang Xie, Chen Huang, Jiale He, Ken Yokawa, Shinichiro Sawa, Tetsuya Higashiyama, Kent J. Bradford, Michitaka Notaguchi a Ryushiro D. Kasahara, 7. dubna 2025, Current Biology.
DOI: 10.1016/j.cub.2025.03.033
