Czy brasinosteroidy regulują szlak biosyntezy tokoferoli u roślin?

Brasinosteroidy (BR) to roślinne hormony steroidowe, odkryte w latach 70-tych ubiegłego wieku.
Od tego czasu ukazały się liczne prace dokumenujące wielokierunkową aktywność tych związków, które, jak wykazano, regulują wzrost, rozwój i plonowanie roślin, modulują odpowiedź roślin na działanie czynników stresowych, a nawet kontrolują biosyntezę glukozynolanów. Choć rola brasinosteroidów w regulacji wzrostu, rozwoju oraz odpowiedzi na stres została szeroko udokumentowana, mechanizmy wpływu tych hormonów na gospodarkę lipidową roślin są nadal słabo poznane. Dotychczasowe doniesienia ograniczają się głównie do badań z zastosowaniem egzogennych BR, co oznacza, że nie ma jednoznacznych dowodów na udział tych hormonów w regulacji biosyntezy np. tokoferoli. Co więcej, same mechanizmy regulacji biosyntezy tokoferoli w roślinach przez hormony są szczątkowo poznane. Wiadomo, że na metabolizm tokoferoli w komórce roślinnej wpływa hormon stresu ABA (Kreszies i in. 2025). Tymczasem gospodarka lipidowa jest kluczowym elementem w procesach przystosowania roślin do niskich temperatur. Pod wpływem niskiej temperatury zmienia się bowiem nie tylko skład kwasów tłuszczowych membran komórkowych, ale także akumulacja w nich steroli czy tokoferoli (Filek i in. 2016; Rys i in. 2024). Te ostatnie wykazują m.in. działanie ochronne/antyoksydacyjne. Celem działania naukowego będzie uzyskanie odpowiedzi na pytanie, czy brasinosteroidy regulują biosyntezę tokoferoli? Badania zostaną przeprowadzone z wykorzystaniem mutanta rośliny modelowej Arabidopsis thaliana L. (należącej do tej samej rodziny co ważny gospodarczo gatunek rzepak). Mutanty BIN2-LIKE 1 (BILL1) i GSK3/SHAGGY-like protein kinase 1 charakteryzują zaburzeniami w sygnalingu BR. Kinaza BIN2 działa w szlaku transdukcji sygnału BR, gdzie inaktywuje czynniki transkrypcyjne BZR1 i BZR2, które wiążą się z promotorami genów regulowanych przez BR (Li i Jin, 2006). Wykorzystanie tych mutantów przyczyni się do uzupełniania luki w wiedzy poprzez opisanie zależności pomiędzy sygnalingiem BR, a ekspresją genów szlaku biosyntezy tokoferoli. Zmiany w ekspresji genów takich jak fitylotransferaza homogentyzynianowa 1 (HPT − ang. homogentisate phytyltransferase 1), metylotransferaza tokoferolowa (γ-TMT/VTE4 − ang. γ-tocopherol methyltransferase) oraz cyklaza tokoferolowa (TC – ang. tocopherol cyclase) kodujących enzymy zaangażowane w szlak biosyntezy tokoferoli będą w roślinach monitorowane (qRT-PCR) i analizowane na tle zmian stężeń tokoferoli (α, β, γ, δ) (metodą UHPLC-MS) oraz koncentracji BR (metodą IAC-UHPLC-MS/MS). W doświadczeniu zaplanowano wykonanie badań na modelu opisanym przez Miki et al. (2019) tj. na roślinach niehartowanych (rosnących w 23°C przez 28 dni), hartowanych chłodem (2°C, 7 dni) i rozhartowanych (23°C, 2 dni). Analizy BR zostaną przeprowadzone przy współpracy z Laboratorium Regulatorów Wzrostu na Uniwersytecie Palackiego w Ołomuńcu. Przewidziany w działaniu wyjazd naukowy przyczyni się do zdobycia nowych umiejętności analitycznych i rozwinięcia współpracy zagranicznej, co zostanie wykorzystane w przyszłych projektach naukowych. Zadanie stanowi punkt wyjścia do szerszych badań zmierzających do ustalenia mechanizmów regulacji gospodarki lipidowej roślin z rodziny Brassicaceae przez brasinosteroidy.

Literatura: Filek M., Łabanowska M., Kurdziel M. Wesełucha-Birczynska A., Bednarska-Kozakiewicz E. 2016. Structural and biochemical response of chloroplasts in tolerant and sensitive barley genotypes to drought stress. J Plant Physiol 207, 61–72; Kreszies V., Hoppe N., Gutbrod K., Dörmann P. 2025. Regulation of tocopherol (vitamin E) biosynthesis by abscisic acid-dependent and -independent pathways during abiotic stress in Arabidopsis. Planta 261, 94; Li J., Jin H. 2006. Regulation of brassinosteroid signalling. Trends Plant Sci 12:37-41. Miki Y., Takahashi D., Kawamura Y., Uemura M. 2019. Temporal proteomics of Arabidopsis plasma membrane during cold- and de- acclimation. J Proteom 197, 71-81; Ryś M., Stachurska J., RudolphiSzydło E. Dziurka M., Waligórski P., Filek M., Janeczko A. 2024. Does deacclimation reverse the changes in structural/physicochemical properties of the chloroplast membranes that are induced by cold acclimation in oilseed rape? Plant Physiol Biochem 214: 108961.