Ústav experimentální botaniky AV ČR (ÚEB) sídlí v Praze a Olomouci.Většina pražské části se v současnosti nachází v akademickémareálu Lysolaje, kde byla v roce 2012 dostavěna nová budova,do níž se přestěhovala tři dislokovaná pracoviště. V Prazepůsobí dvanáct laboratoří, jež zkoumají hormonální regulacea přenos signálů u rostlin, fyziologii stresu a odezvu ponapadení patogeny jako projevy na úrovni orgánů, buňkynebo genomu či biotechnologie. Kolegové z olomouckéčásti se začátkem roku 2013 rovněž stěhují, a to do novýchbudov postavených v rámci OP Výzkum a vývoj pro inovace.V Olomouci má ÚEB laboratoře dvě – ovšem o to významnější.Zabývají se různými aspekty růstových regulátorů a strukturnía funkční genomikou rostlin. Těžištěm zaměření ústavu je základní výzkum. Avšak napříkladproblematika šlechtění jabloní je skvělým příkladem propojení základního výzkumus aplikovaným výstupem.

ÚstavexperimentálníbotanikyAV ČR, v. v. i.

50 letpoznáváme svět rostlin

Příloha Akademického bulletinu 2/2013 I

FOTO

:JAN

KOLÁ

Ř,AR

CHIV

ÚEB

AVČR

FOTO

:LUK

ÁŠSY

NEK,

ARCH

IVÚE

BAV

ČRFO

TO:D

AVID

HONY

S,AR

CHIV

ÚEB

AVČR

II

Rodištěm Ústavu experimentální botaniky se 1. ledna 1962stala budova s adresou Na Cvičišti 2 v Praze-Dejvicích.

Novorozeně bylo hybridem dvou téměř deset let koexistují-cích organizačních složek Biologického ústavu ČSAV – oddě-lení fytopatologie a oddělení fyziologie a genetiky rostlin. Nešlovšak o rovnocenné partnerství. Fytopatologická část zaměřenána virologii kulturních rostlin představovala jistou kontinuitus předválečným výzkumem; nositelem této kontinuity bylacharismatická osobnost prof. Ctibora Blattného, jehož badatel-ská zkušenost a profesní věhlas zformovaly kvalitní, metodickykomplementární tým virologů (dr. Jaroslav Brčák, dr. MilanČech, dr. Jiří Pozděna). Ctibor Blattný se také stal prvnímředitelem nově založeného ústavu.

Pro skupinu rostlinných fyziologů a genetiků byla charak-teristická pestrost témat, nedostatek badatelských zkuše-ností a přebytek entuziasmu. Vedoucí oddělení doc. RudolfŘetovský postrádal ambici koncepčního soustředění. Nověpřijímaní aspiranti tak často zabírali některou z bezpočtu vol-ných tematických nik a zakládali nové směry výzkumu. Naploše jednoho oddělení se tudíž sešla pestrá směsice vědec-kých disciplín: cytologie, radiační genetika, studium vodníhorežimu, fotosyntéza, rostlinná imunogenetika, mutageneze,ontogenetický vývoj zaměřený na indukci kvetení, fyziologieoplození.

Ještě v roce založení ústavu se jeho součástí stalo oddě-lení radiobiologie, a to převedením Centrální laboratoře provyužití izotopů v zemědělství. Organizační výbavu doplňova-la i historická (od roku 1914) Sbírka autotrofních organismůa pracoviště Atlasu anatomie kulturních rostlin – obojí naPřírodovědecké fakultě UK v Praze, oddělení pro studium ži-votních dějů filmem na Vysoké škole zemědělské a lesnickév Brně, oddělení půdní ekologie v Praze 4 a Biotechnologic-ké oddělení v Praze 6, byť mimo hlavní budovu. V rámci pů-sobnosti Kolegia vědeckých základů zemědělství ČSAV takvznikl ústav nadaný velkou tematickou šíří a topografickourozlehlostí. Jaké byly jeho první kroky?

Za teoretickou základnu raného období lze považovat mono-grafii Ctibora Blattného a Ctibora Blattného ml. Viroví pů-

vodci chorob rostlin a knihu Evy Petrů a Rudolfa ŘetovskéhoRostlinné explantáty. Oba tituly vyšly v nakladatelství ČSAVv roce 1956 – tedy ještě před založením ústavu. Za hendikepybyly od samého počátku pociťovány absence přímého kontak-tu s prestižními vědeckými centry (zejména v západních ze-mích), obtíže s mezinárodní prezentací vlastních originálníchsdělení a neadekvátní přístrojové vybavení či nedostatečnémetodické zkušenosti; především oddělení fyziologie rostlinvěnovalo těmto otázkám mimořádnou pozornost a podnikalokroky k nápravě.

V první fázi v roce 1957 vznikl z iniciativy dr. Bohdana Slaví-ka a pod záštitou nestora rostlinných biologů prof. BohumilaNěmce mezinárodní časopis Biologia Plantarum, který pokryltematické spektrum fyziologů, genetiků a částečně i fytopato-logů. V roce 1966 se jako první na světě s užším zaměřenímna výzkum fotosyntézy objevila Photosynthetica redigovanádr. Zdeňkem Šestákem. Obě periodika vydává ústav dodnesa na rozdíl od většiny časopisů publikovaných pracovišti AV ČRna nich i vydělává.

Ústav výrazně investoval též do pořádání mezinárodníchsetkání. V letech 1962–1967 uspořádal sedm oborových sym-posií, z toho dvě jako domácí setkání s mezinárodní účastía pět jako úzce profilované mezinárodní události; dále se výraz-ně podílel i na mendelovském jubilejním symposiu z roku 1965.

Historický snímek Ctibora Blattného (vlevo)a Bohumila Němce z roku 1963

Dvě pylová zrna huseníčku rolního (žlutě)v otevřeném prašníku. Počítačově obarvený snímek

z rastrovacího elektronového mikroskopu.

FOTO

:ARC

HIV

MÚA

AVČR

FOTO

:ANT

ONI

AGI

BALO

VÁ,A

RCHI

VÚE

BAV

ČR

IIIPříloha Akademického bulletinu 2/2013

Protože čeští vědci měli tehdy velmi omezené možnosti při na-vazování osobních kontaktů s vědci z demokratických zemí,zahraniční odborníci přijížděli do Československa za nimi.Vklad amatérské organizační práce zaměstnanců ústavu setak bohatě vyplatil. Zejména symposia pořádaná na zámkuv Liblicích se stala v některých oblastech vývojové biologiepojmem; ale teprve až ve 21. století budou vědečtí hosté na-vštěvovat ústavní konference z prostého důvodu, že oborováprestiž nedovolí nepřijet.

Obecně pociťovaný nedostatek zkušeností napravovaly sys-tematicky vydávané metodické příručky pro studium vodníhorežimu či některých oblastí fotosyntézy, které vycházely v na-kladatelství Academia. Normu představovaly také pro další do-mácí instituce včetně vysokých škol a v několika případech jedokonce převzala i zahraniční nakladatelství. V tomto kontex-tu připomeňme i hobbystické úsilí přerůstající až do profesio-nálního perfekcionismu, s nímž ústav vyrovnával nedostatekzahraničních přístrojů; v jeho dílnách i dílnách Entomologickéhoústavu byly například vyvinuty a realizovány klimatické komo-ry odpovídající mezinárodním standardům. Jednu dobu bylav ústavu vydávána i jakási obdoba bibliografického přehleduCurrent Contents. Pravidelně vycházely bibliografické sbor-níky zahrnující fotosyntézu a vodní režim rostlin s přilehlýmioblastmi.

Poločasem padesátileté cesty ústavu bylo rozhodnutí prezi-dia ČSAV z ledna 1990, které zastavilo tehdy realizova-

ný přesun do vznikajícího akademického centra v ČeskýchBudějovicích.

Jak vypadaly vědecké výsledky instituce v jejím prvním po-ločase? Základní směry výzkumu se stabilizovaly, jak doklá-dají názvy oddělení, koncem osmdesátých let: fyziologie rost-linné patologie; fyziologie fotosyntézy; mutační genetika;biologie pylu; fyziologie vývoje; rostlinných biotechnologií(v Olomouci). Po dlouhou dobu byl ústav vedoucím domácímpracovištěm využívajícím molekulárních technik pro charakte-ristiku a identifikaci virů hospodářských plodin. S úmrtím za-kladatelů této problematiky nastal posun směrem k metabolic-kým projevům patogenních činitelů. Odešli i představiteléserologického a imunologického studia bílkovin v semenechkulturních rostlin z čeledi bobovitých, které bylo prioritně vy-užito v taxonomii. Ústav udával po celé období tón v biotech-nologickém využití explantátů, a to nejen na domácím hřišti,ale i ve státech Rady vzájemné hospodářské pomoci (RVHP).

Připomeňme také studia cytologické, karyologické a ge-netické stability na úrovni kalusů, buněk a protoplastů čizavádění somatické embryogeneze. Výrazně se profilovalvýzkum rostlinných hormonů, jenž úspěšně pokračuje do-dnes. Charakterizovány byly metabolické cesty biosyntézykrále hormonů – auxinu. Pro tento výzkum byl využit i přenos

Rostliny huseníčku rolního pěstované hydroponicky,tedy v živném roztoku. Kořeny prorůstají otvoremv bílé plastové desce (opatřeným zátkou z minerální vlny)volně do roztoku, což má dvě výhody. Lze přesněkontrolovat přísun minerálních živin a také snadnoodebírat vzorky kořenů, aniž by se poškodilypři vyrývání z půdy.

Zatímco J. G. Mendel křížil hrách, naši vědci kříží hlavněhuseníček rolní, nejpoužívanější pokusnou rostlinu dneška.Vybrané květy se nejdřív zbaví tyčinek a poté se oplodnípylem z huseníčku, který chceme použít jako otce.Nakonec se květy zabalí do kousku potravinářské fólie,jak je vidět na snímku. Fólie chrání před náhodnýmopylením jinou rostlinou a zaručuje, že po dozrání plodůnevypadají semena na zem.

OBĚ

FOTA

:JAN

KOLÁ

Ř,AR

CHIV

ÚEB

AVČR

Na tomto druhu bylo zjištěno, že rostliny metabolizují látky zeskupiny nitrosaminů na mutagenní produkt. U ječmene bylamezi vyššími rostlinami poprvé prokázána reparace DNA – tj.opravování poškozené dědičné informace biochemickými me-chanismy uvnitř buněk. Ústav představoval také vedoucí praco-viště ve výzkumu ontogeneze bylin se zaměřením na vliv délkydne na přechod rostlin do reproduktivní fáze. Studium fotosyn-tézy pro změnu přineslo originální výsledky týkající se vývojefotosyntetického aparátu a fotosyntézy v systémech in vitro.Započalo se i studium rostlinného genomu.

genů z bakteriálních Ti- a Re- plazmidů do rostlin. Badatelétestovali i rostliny s těmito vnesenými geny, jež by byly využi-telné v okrasném zahradnictví a bramborářství; zde ústavznačně předběhl dobu. Výrazných úspěchů dosáhlo při studiubiologie klíčení pylu a opylení in vitro.

Vědci z ústavu rovněž zahájili šlechtění rezistentních odrůdjabloní odolných vůči strupovitosti a padlí s využitím genovýchzdrojů z planého druhu jabloně mnohokvěté. Ústav začal využí-vat huseníček rolní (Arabidopsis thaliana), který se později staluniverzální pokusnou rostlinou v oborech fyziologie a genetiky.

IV

Unikátní pohled do špičky kořene živého huseníčku rolního. Konfokální mikroskop umožnil trojrozměrně sledovatrůzná stadia dělení buňky v čase. Zelený fluorescenční protein (GFP) značí mikrotubuly – v dělící se buňce uprostřed

je patrný zbytek dělicího vřeténka. Červené barvivo (FM4-64) zvýrazňuje plazmatickou membránu a také váčky,které přinášejí materiál na stavbu buněčné destičky. Tu pozorujeme jako zvětšující se přepážku,

která postupně odděluje dceřinné buňky.

Ve sklenících ÚEB, které disponují systémem pro automatickou kontrolu teploty a osvětlení,se lze setkat s nejrůznějšími pokusnými rostlinami, např. huseníčkem, tabákem, merlíkem, silenkou či kukuřicí.

FOTO

:PET

RKL

ÍMA,

ARCH

IVÚE

BAV

ČRFO

TO:L

UKÁŠ

SYNE

K,AR

CHIV

ÚEB

AVČR

V

Dne 1. července 1990 se ústav rozdělil; přemisťování doČeských Budějovic bylo zastaveno a jeho pražská část rehabili-tována. Z pracoviště v Českých Budějovicích vznikl Ústav mole-kulární biologie rostlin, zatímco pracoviště v Praze a Olomoucidále pokračovala jako Ústav experimentální botaniky. To všaknebyla jediná změna. Po pádu železné opony bylo konečněmožné svobodně navazovat kontakty s významnými vědeckýmitýmy z vyspělých zemí, čehož vědci naplno využili. Postupně serozšiřovaly možnosti výměnných pobytů, takže dnes je i pro ta-lentované diplomanty nebo doktorské studenty pracující v ústa-vu běžné strávit několik měsíců na partnerských pracovištíchv Evropě či v USA. Ústav nevysílá pouze vlastní vědce, zve rov-něž odborníky ze zahraničí. Příkladem je úspěšná konferenceAuxins and Cytokinins in Plant Development věnovaná rostlin-ným hormonům auxinům a cytokininům, kterou ústav pořádalv Praze v letech 1999, 2005 a 2009.

Devadesátá léta 20. století přinesla v celém světě masivnínástup technik molekulární biologie i pokročilých chemicko-

-analytických metod (například hmotnostní spektrometrie) do experimentálního výzkumu rostlin. Významným protagonis-tou těchto změn byl dr. Jiří Velemínský – do roku 1998 ředitelústavu a výrazná osobnost transformace Akademie po sa-metové revoluci.

ÚEB se s novou situací vyrovnal a postupně modernizoval jakvýzkumné zaměření, tak i přístrojové vybavení. V současnosti jev obou ohledech na úrovni, která obstojí ve světové konkurenci.Dokládá to počet publikací v kvalitních odborných časopisech, nanichž se podíleli pracovníci ústavu: během let 2005–2012 pu-blikovali například sedm článků v prestižních vědeckých časopi-sech Nature a Science nebo 14 článků v Plant Cell – jednomz nejlepších periodik v oboru rostlinné biologie.

Na snímku nejsou kupodivu krápníky z ledové jeskyně,ale rostlinná pletiva. Jde o pohled na tkáňovoukulturu smrku, v níž vznikají nové zárodky(somatická embryogeneze).

←←Q-BOT je jeden z robotůpoužívaných pro práci v ústavu.Na snímku právěpřenáší jednotlivéklony baktériínesoucí různé úseky DNAz genomu pšenicedo tzv. mikrodestiček.Velké množstvítakových klonů tvoří DNA knihovnu.Q-BOT dokážepřenést zhruba 2000 klonů za hodinu.

Buněčná kultura tabáku. Zeleně je označen

protein PILS3, jež se v buňce nachází

hlavně v membráněendoplazmatického retikula.

FOTO

: GAB

RIEL

A AD

ÁMKO

VÁ, A

KADE

MIC

KÝ B

ULLE

TIN

FOTO

: ZUZ

ANA

VOND

RÁKO

VÁ, A

RCHI

V ÚE

B AV

ČR

FOTO: JAN PETR

ÁŠEK

, ARC

HIV

ÚEB

AVČR

VI

←←Příčný řez šiškou jedle kavkazské (Abies nordmanniana).Jde o jeden z druhů testovaných pro tvorbu somatických embryí.

←←Endoplazmatické retikulum je síť váčků a kanálků uvnitř buňkys mnoha nepostradatelnými funkcemi. V normálním světelném mikroskopu je obtížné ho pozorovat (nahoře). Pokud je ale označeno zeleně světélkujícím proteinem GFP (dole),vynikne jeho komplikovaná struktura.

→→Pokožka listu ječmene nakažená

padlím travním (Blumeria graminis. f. sp. hordei). Hnědé zbarvení zviditelňuje

tvorbu peroxidu vodíku, kterým se napadenébuňky snaží zabránit houbové choroběv pronikání do pletiva. Spory patogena

zde vypadají jako malé modré oválky. Některé z nich klíčí vláknem,

přičemž spouštějí obrannou reakci rostliny.

Tabák virginský je důležitou pokusnou rostlinou. V r. 1920 se díky němu zjistilo, že kvetení mnohadruhů je řízeno délkou dne. Byl první rostlinou,do níž se podařilo přenést cizí gen. Pomohl tak

vyvinout dvě technologie, bez kterých by sednešní biologie jen těžko obešla.

FOTO

: VEN

DULA

HEM

ZALO

VÁ, A

RCHI

V ÚE

B AV

ČR

FOTO

: JAN

MAT

OUŠ

EK, A

RCHI

V ÚE

B AV

ČR

FOTO

: JAN

PET

RÁŠE

K, A

RCHI

V ÚE

B AV

ČR

FOTO

: ZUZ

ANA

VOND

RÁKO

VÁ, A

RCHI

V ÚE

B AV

ČR

V posledních dvaceti letech se ústav věnuje mnoha výzkum-ným tématům. Zmiňme alespoň několik, v nichž naši vědci dlou-hodobě patří ke světové špičce a efektivně spolupracují se za-hraničními partnery. Laboratoř hormonálních regulací u rostlin,kterou v současnosti vede doc. Eva Zažímalová, zkoumá rostlin-né hormony, a to především auxiny a cytokininy, jejich metabolis-mus a funkce ve vývoji rostlin. Nejúspěšnější je studium bílkovin,které přenášejí auxin mezi buňkami nebo uvnitř buněk, čímž re-gulují vzhled a růst rostlin i jejich reakce na vnější podmínky. Tým

VIIPříloha Akademického bulletinu 2/2013

Skleník s tabákyna pracovištiv Praze--Lysolajích.Zatímco farmářipěstují tabákkvůli listům, naši vědcisklízejí květnípoupata.Získávají z nichpyl – buď zralý,nebo v různýchstadiích vývoje.Používají jejpro výzkumpozoruhodnýchbiologickýchpochodů, které se v němodehrávají.

dr. Viktora Žárského (Laboratoř buněčné biologie) se věnuje bu-něčné biologii. Jako první prokázal u rostlin existenci důležitéhobílkovinného komplexu exocyst, jenž byl předtím znám pouzeu živočichů a kvasinek. Vědci z týmu následně prokázali, že exo-cyst hraje zásadní roli při růstu a dělení rostlinných buněk.

V Olomouci má ústav dva excelentní týmy. Laboratoř růsto-vých regulátorů vedená prof. Miroslavem Strnadem, která jespolečným pracovištěm ústavu a Univerzity Palackého, se za-měřuje na výzkum molekul regulujících buněčné dělení a růst.

Den otevřených dveří 2010, ÚEB Olomouc.Mutanti huseníčku rolního jsou oblíbené „pokusné myši“ rostlinných biologů.

Den otevřených dveří 2011 v ÚEB Praha-Lysolaje. Rostliny pěstované ve sterilních podmínkách na agarovém médiu jako suvenýr.

FOTO

: JAN

KO

LÁŘ,

ARC

HIV

ÚEB

AV Č

RFO

TO: P

AVLA

SUC

HÁNK

OVÁ

, ARC

HIV

ÚEB

AV Č

R

FOTO

: ARC

HIV

ÚEB

AV Č

R

Přílohu připravila redakce Akademického bulletinu.

Studium rostlinných hormonů cytokininů zde vedlo k objevupozoruhodných látek. Některé omlazují pleť a pomáhají léčitkožní choroby: první z těchto sloučenin je pod obchodnímnázvem Pyratine již na trhu s kosmetickými přípravky. Jinélátky mají slibné protinádorové účinky, které se nyní ověřujív laboratorních či klinických testech. Skupina doc. JaroslavaDoležela (Centrum strukturní a funkční genomiky rostlin) sespecializuje na genomiku – analýzu genomů, tj. kompletní gene-tické informace organismů; doc. J. Doležel s kolegy vyvinulunikátní metodu třídění chromozomů podle velikosti pomocítakzvané průtokové cytometrie. Metoda výrazně zjednodušujeanalýzu komplikovaných genomů, jaké mají například některéobilniny. Laboratoř se účastní velkých mezinárodních projektů,jejichž cílem je sekvenovat („rozluštit“) dědičnou informacipšenice, ječmene či banánovníku. Znalost genomu v budouc-nosti pomůže šlechtitelům při vytváření odrůd zemědělskýchplodin, které budou mít vyšší výnosy a budou odolnější protiškůdcům, chorobám či extrémnímu počasí.

Součástí ústavu je i Stanice šlechtění jabloně na rezistencik chorobám (dr. Jaroslav Tupý), jež se věnuje šlechtění jabloníodolných proti vážným houbovým chorobám – strupovitostia padlí jabloňovému. Proti těmto chorobám není třeba odolnéodrůdy chránit chemickými postřiky nebo jsou postřiky nutné jenv minimální míře. Znamená to úsporu nákladů a šetrnější pří -stup k životnímu prostředí. Odrůdy jabloní z ÚEB jsou oblíbenév Evropě i v USA. Ročně se prodá téměř jeden milion stromkůa příjmy z licencí dosahují několika milionů korun; v posledníchletech slaví na americkém trhu úspěchy odrůda Opal.

VIII

Ve Výzkumné stanici Střížovice vědci z ÚEB šlechtí jabloně, aby byly odolné proti chorobám – hlavně strupovitosti, vážnému houbovému onemocnění. Vyšlechtěné odrůdy jsou licenčně množeny v Evropě a v USA, zejména pro ekologické ovocnářství. V Evropské unii je chrání Odrůdové právo Společenství, v USA rostlinný patent.Na snímku odrůda Opal.

Tabákinfikovanývirem tabákovémozaiky.Infekce je zviditelněnazelenýmproteinem(GFP), který virusprodukuje.

Z repertoáru ústavu nezmizelo ani tradiční zakladatelské téma– fytopatologie. Směrováno je na přípravu monoklonálníchprotilátek proti virům, na odvození rekombinantních molekul ci-zorodých proteinů k vývoji jedlých vakcín nové generace; stu-dují se obranné reakce rostlin při interakci s virovými, houbo-vými a bakteriálními patogeny.

Olomoucká pracoviště ústavu se v rámci OP Výzkum a vývojpro inovace podílejí na realizaci Centra regionu Haná pro bio-technologický a zemědělský výzkum, jež bude dokončeno v tom-to roce. Centrum představuje moderní infrastrukturu soustředě-nou na proteinové biotechnologie, získání nových materiálůa metod pro šlechtění rostlin a vývoj rostlinných biotechnologií.

Ústav experimentální botaniky, kde dnes pracuje přibližně dvě stě zaměstnanců, má tedy ze své padesátileté historie

na co navazovat. Úspěchy z posledních let jsou navíc vynikajícímpříslibem, že bude i do budoucna důležitým hráčem na poli ro-stlinné biologie – a to jak v České republice, tak i ve světě. �

JAN KREKULE a JAN KOLÁŘ,Ústav experimentální botaniky AV ČR, v. v. i.

FOTO

: JAR

OSL

AV T

UPÝ,

ARC

HIV

ÚEB

AV Č

R

FOTO

: TO

MÁŠ

MO

RAVE

C, A

RCHI

V ÚE

B AV

ČR