Jak se dělá lýko (floém)

Komentář s podobným názvem v časopisu Science z 22. srpna 2014, jehož autorem je Niko Geldner z Univerzity v Lausanne, upozorňuje na práci devatenáctičlenného kolektivu autorů v témže čísle Science na zmíněné téma. Floém neboli česky lýko je (spolu s xylémem neboli dřevem) součástí cévních svazků, které daly jméno vyšším, cévnatým rostlinám. Patří mezi ně mohutné stromy i malá bylina huseníček (Arabidopsis thaliana), oblíbená modelová rostlina molekulárních biologů. Pracovali s ní i autoři zmiňované publikace.

Při utváření rostlinného i živočišného těla (i v mnoha jiných životních situacích) hraje důležitou úlohu programovaná buněčná smrt. Touto cestou vznikají také články cév (elementy xylému), které vedou v tělech rostlin především vodu a v ní rozpuštěné minerální látky z kořenů do nadzemních částí rostlin. Jsou to „mrtvé“ trubičky, tvořené pouze ztloustlými buněčnými stěnami, živé protoplasty z nich odstranila programovaná buněčná smrt. Ještě zajímavější je ale vznik článků sítkovic (elementů floému), které v dospělém stavu nemají buněčné jádro, ale mají zachovaný modifikovaný živý protoplast, dobře vedoucí roztoky organických látek, zejména cukrů vznikajících při fotosyntéze. Bezjaderné články sítkovic mohou dlouhodobě žít jen díky těsnému propojení se sesterskými (vznikají z téže mateřské buňky) buňkami průvodními, které mají jádro. Uvedená fakta jsou dávno známá, ale dosud se jen velmi málo vědělo o tom, které molekuly řídí diferenciaci buněk floému. Významný pokrok tady učinili Kaori Miyashima Furuta se spolupracovníky. Použili jednu z nejmodernějších variant elektronové mikroskopie pro sledování ultrastruktury buněk a jejich prostorovou rekonstrukci a sledování buněk zaživa pomocí fluorescenční mikroskopie, která umožňuje vidět, v kterých buňkách se exprimují (jsou funkční) určité geny. Pracovali s klíčními kořeny huseníčku, které jsou pro malé rozměry k takovému studiu neobyčejně vhodné. Obsahují dvě protilehlé řady buněk, ze kterých se vyvíjejí elementy floému. Autoři analyzovali „divoký typ“ a vhodné mutanty huseníčku a snažili se zjistit, jak je při diferenciaci elementů floému odstraňováno z těchto buněk buněčné jádro. Objevili tak první specifickou molekulu určující, ze kterých nediferencovaných (meristematických) buněk kořene vzniknou buňky floému. Je to transkripční faktor (bílkovina určující, že se určitý gen přepisuje – transkribuje, a je tedy aktivní) označený APL (Altered Phloem Development). Zjistili dále, že příslušný gen kóduje dva transkripční faktory (označené NAC45/86), podmiňující expresi genů kódujících nukleázy (označené NEN1-4), enzymy odbourávající DNA buněčného jádra, ze kterého zbývají jen zbytky jaderného obalu. Tyto transkripční faktory pravděpodobně působí ve vznikajících elementech floému i při rozpuštění cytosolu (základní cytoplazmy buněk) a při tvarové modifikaci buněčných organel, mitochondrií a plastidů, které se ocitají ve zbývající nástěnné vrstvičce cytosolu. V buňkách floému dále dochází ke ztloustnutí buněčných stěn a jejich proděravění tam, kde na sebe články sítkovic navazují. Vznikají tak velmi zvláštní živé buňky, dobře přizpůsobené k vedení fotosyntetických asimilátů. Zda jsou posledně uvedené modifikace také pod kontrolou transkripčního faktoru APL, je třeba ještě zjistit.

Podle Nika Geldnera je otázkou, jestli je lépe diferenciaci buněk floému považovat za případ zastavené programované buněčné smrti, nebo jde o odlišný proces, který programovanou buněčnou smrt pouze připomíná. Autoři citované experimentální práce v jejím závěru píší, že jejich výsledky „přidávají k rozmanitosti autolytických procesů, jejichž prostřednictvím eukaryotické buňky mění strukturu svého obsahu“. Ve výsledcích uvádějí rozdíly, kterými se jimi popsaný autolytický proces liší od autolytických procesů uplatňujících se při programované buněčné smrti. (Science 345, 875–876 a 933–937, 2014)