Kořeny rostlin se samy rozhodují, kde budou růst

Kořeny nejběžnějších rostlin umožnily botanikům identifikovat celý systém podzemního vývoje. V kořenových systémech jsou velitelé a podřízení, koordinační centra a dokonce varovné systémy „přítel nebo nepřítel“.

Přestože kořen rostliny není nejviditelnější orgán, závisí na něm život celé rostliny. Kořeny absorbují rozpuštěné minerály z půdy a poskytují základní živiny celé rostlině. Dr. Angela Hodge z University of York (UK) zkoumala, jak kořeny reagují na změny prostředí a jak interagují s kořeny jiných rostlin. Podle doktora Hojeho je v kořenu celý komplex komunikačních či signalizačních systémů, ale ústředním bodem je pro ně kořenový uzávěr.

Výnosná investice

Každý závod čelí neustálé výzvě, kam investovat své zdroje. A příroda neodpouští chyby, protože špatné rozhodnutí znamená smrt. První rozhodnutí, které musí rostlina učinit, je, zda vyvinout kořenový systém nebo věnovat všechny své zdroje nadzemní biomase. Podle biologů je konečnou volbou v této věci kořen. A přebírá zodpovědnost za život celé rostliny.

Kořeny se vyhýbají překážkám

Biologové objevili schopnost kořenů řady modelových rostlin, včetně Arabidiopsis thaliana, Lepidium sativum a timotejky (Phleum pretense), reagovat na gradient vlhkosti. Nedávno vědci objevili gen miz1 v kořenech rhizoidu Tal, který reguluje růst kořenů za různých vlhkostních podmínek. Kořenový uzávěr určoval směr růstu ve směru, kde se zvyšovala vlhkost půdy (Dinneny et al., 2008). Tento citlivý orgán navíc dokáže detekovat mechanické překážky ve své cestě, dostat se s nimi do kontaktu a vyslat do růstového centra určitý signál, který změní směr růstu kořenů. A kořenový klobouk hrachu setého (Pisum sativum) byl dokonce schopen detekovat nylonové vlákno v půdě a obejít překážku.

Hledejte živiny

Jednou z nejznámějších schopností kořenů je rozpoznat oblasti půdy bohaté na živiny. Jak ukázal výzkum doktora Hoje, v závislosti na množství živin se mění vzor kořenového systému, tedy poměr hlavních a postranních kořenů. Jakmile kořen Arabidiopsis thaliana narazil na půdu chudou na fosfáty, změnila se strategie rostliny. Růst hlavního kořene se zastavil (jeho buňky se přestaly dělit) a místo toho byl spuštěn další program – vývoj postranních kořenů při hledání úrodnějších oblastí.

Výhodné partnerství nebo nebezpečný konkurent?

Problém výživy rostlin se podle doktora Hoje řeší i pomocí mykorhizy – symbiózy s houbou. Nejčastější mykorhiza je vezikulárně-arbuskulární. Evolučně je velmi prastarý a objevil se v devonských rostlinách, které neměly kořeny, ale pouze podzemní stonky – rhizoidy. Možná byla houba zpočátku pouze parazitem rostliny. Pak se ale evoluce vydala jinou cestou a obě strany vztahu začaly těžit – rostlina dostávala z houby fosfát a houba z rostliny dostávala hotové živiny.

Role mykorhizy není podle doktora Hojeho stále zcela jasná. Účinnost jeho práce je u všech hub odlišná. A zcela „nesobecká“ super houba neexistuje. Navíc se neví, jaké jsou důsledky takové symbiózy – ostatně mnoho rostlin je spojeno jednou sítí mykorhizního mycelia. A houba si někdy může brát živiny jen pro sebe nebo je předávat jiným rostlinám. Proto je pro rostlinu lepší nespoléhat se na mykorhizu, ale spolehnout se na vlastní síly. A rozvíjet kořenový systém.

Kořen „vidí“ svůj vlastní

Podle doktora Hodge překvapivě dokáže kořen odlišit kořeny vlastního rostlinného druhu od jiných druhů a konkurovat pouze cizím. Kořeny buvolí trávy nebo pastevní trávy (Buchloe dactyloides) tedy aktivně rostly a vytvořily mnoho postranních kořenů, vytlačily jiné rostlinné druhy a získaly pro sebe velké množství zdrojů. A mezi svými příbuznými se chovali velmi jemně – jejich kořeny byly krátké a malého objemu.

Tvrdá konkurence

Někteří vědci se přiklánějí k názoru, že mechanismus útlaku kořenů jiných druhů se provádí pomocí alelopatie (tedy uvolňování chemických látek, které brání růstu konkurentů). Ukazuje se, že takto fungují invazní druhy rostlin. Uvolňují látky, které ničí mykorhizu původních rostlin. A umírají bez toho.

Podle Dr. Hodge je fyziologie kořenů nesmírně složitá a zajímavá. Biologové ale teprve začínají chápat molekulární mechanismy vývoje tohoto systému.

Výsledky výzkumu jsou publikovány v březnovém čísle časopisu Plant, Cell and Environment.