náhled|vpravo|Brassinolid byl prvním izolovaným brassinosteroidem a je zřejmě i nejvýznamnějším zástupcem skupiny. Brassinosteroidy (BR) jsou třída polyhydroxysteroidů, které byly zařazeny jako v pořadí již šestá skupina rostlinných hormonů. Byly objeveny roku 1970, když John W. Mitchell a jeho kolegové zjistili, že extrakt z pylu řepky (Brassica napus) má podpůrný vliv na elongaci stonku a dělení buněk rostlin.Mitchell JW, Mandava NB, Worley JF, Plimmer JR, Smith MV. 1970 "Nature" 281: 216–217 V roce 1979 pak byla izolována biologicky aktivní molekula, odpovědná za výše jmenované působení řepkového pylu; látka byla nazvána brassinolid.Grove, M.D., Spencer, G.F., Rohwedder, W.K., Mandava, N., Worley, J.F., Warthen, J.D., Ste€ens, G. L., Flippen-Anderson, J.L. and Cook, J.C. 1979. Brassins:a new family of plant hormones from rape pollen Nature 225:1065–66
Brassinosteroidy se vyskytují a působí ve velmi malých množstvích. Z 230 kg řepkového pylu je možné získat pouze 10 mg brassinolidu. Od tohoto objevu bylo v rostlinách identifikováno celkem již více než 70 sloučenin s brassinosteroidním účinkem.Bajguz, A. 2007. Metabolism of brassinosteroids in plants. Plant Physiology and Biochemistry 45: 95-107
Základní účinky Brassinosteroidy mají několik objasněných základních účinků na rostliny: Podporují buněčný růstClouse SD, Sasse JM. 1998. Brassinosteroids: Essential regulators of plant growth and development. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 49:427–51 (za současného působení auxinů).Nemhauser et al. 2004. Interdependency of Brassinosteroid and Auxin Signaling in Arabidopsis. PLoS Biology Zatím nevyjasněná role v buněčném dělení a regeneraci buněčné stěny. Podpora diferenciace cévních svazků.Cano-Delgado A, 2004. BRL1 and BRL3 are novel brassinosteroid receptors that function in vascular differentiation in Arabidopsis. Development 131 :5341-5351 Brassinosteroidy jsou nezbytné pro vytvoření a růst pylové láčky.Hewitt FR, et al. 1985. Effect of brassinolide and other growth regulators on the germination and growth of pollen tubes of "Prunus avium" using a multiple hanging drop assay. Aust. J. Plant Physiol. 12:201–11 Částečně chrání rostliny před účinky stresu suchem a chladového stresu.
Objev brassinosteroidů Samotnému objevu v rostlinách předcházelo zjištění, že pylové extrakty stimulují růst rostlin. Mitchel et al., sebrali v roce 1970 pyl z asi 60 druhů rostlin a přibližně polovina těchto pylových extraktů podporovala růst fazolových semen. Látka v pylu zlepšující růst byla nazvána brassin. Později se ukázalo, že aktivní látky je v brassinu pouze nepatrné množství. Tato aktivní složka byla izolována vědci z Northern Regional Research Center – Peoria v roce 1979 v množství 4 mg ze 40 kg pylu řepky olejky (Brassica napus) a byla pojmenována brassinolid, podle zdroje pylu. Současně byla krystalografickou analýzou stanovena její struktura.Yokota, 1999
V roce 1982 byl izolován jako druhý ze skupiny brassinosteroidů castasteron z hmyzích hálek kaštanovníku (Castanea crenata). Následoval objev dolicholidu a mnoha dalších.
V dnešní době je mimo přírodních brassinosteroidů, mnoho strukturních analogů brassinolidu připraveno chemicky. Od doby objevení brassinosteroidů se mnoho vědců zabývá jejich výzkumem, studují jejich chemickou strukturu, syntézu a biologickou aktivitu, molekulární mechanizmy účinku, vliv na rostliny, výskyt v rostlinách, transport a metabolismus v rostlinách a v neposlední řadě také praktické využití brassinosteroidů v zemědělství (přičemž v některých zemích už byly brassinosteroidy schváleny k polnímu použití.v Číně byl 28-homobrassinolid registrován jako růstový regulátor pro tabák, cukrovou třtinu, čajovník, ovocné stromy a řepku, v Rusku byl 24-epibrassinolid registrován jako růstový regulátor brambor, rajčat, okurek, pepře a ječmene a i v dalších zemích jsou brassinosteroidy využívány v zemědělství)Khripach et al., 1997
Přirozený výskyt brassinosteroidů Brassinosteroidy byly nalezeny ve všech druzích rostlin, u kterých byl proveden podrobnější výzkum (jednoděložných i dvouděložných), a jsou obsaženy ve všech rostlinných orgánech. Výskyt brassinosteroidů v kořenech byl potvrzen teprve nedávno.Kim et al., 2000a
Brassinosteroidy jsou v rostlinách přítomny v extrémně nízkých koncentracích. Vnitrobuněčný obsah brassinosteroidů kolísá v závislosti na typu orgánu, stáří tkáně a druhu rostliny. Mladá pletiva jich obsahují větší množství než pletiva zralá. Pyl a semena jsou nejbohatšími zdroji. Dosud nejvyšší koncentrace byla zaznamenaná v pylu cypřiše (Cupressus arizonica) a dalším zajímavým místem výskytu jsou hmyzí hálky kaštanovníku nebo hálky v květech u Distylium racemosum a barvínku (Catharanthus roseus). Tyto hálky obsahují také vyšší koncentrace brassinosteroidů.Bajguz a Tretyn, 2003
Přítomnost brassinosteroidů v nižších rostlinách byla dokázána u zelené řasy (Hydrodictyon reticulatum), játrovky (Marchantia polymorfa) a přesličky (Equisetum arvense).
Mezi brassinosteroidy je u rostlin nejvíce rozšířen castasteron, následován brassinolidem a typhasterolem.
Přenos signálu Signální dráhy brassinosteroidů nevyužívají cytoplazmatické steroidové receptory, tak jako je tomu u živočichů a člověka, ale jejich receptor je umístěn v plazmatické membráně, funguje na buněčném povrchu a převádí extracelulární signály do buňky (Li a Chory, 1997).
Hlavním brassinosteroidovým receptorem je serin/threonin kinasa BRI1, která je lokalizována v plazmatické membráně a je exprimována ve všech orgánech mladých rostlin huseníčku.Friedrichsen et al., 2000
Vliv brassinosteroidů na rostliny Brassinosteroidy ovlivňují růstové i reprodukční procesy, stimulují růst i dělení buněk, růst mladých vegetativních pletiv (epikotylu, hypokotylu, koleoptile), indukují kvetení, zrání plodů, klíčení semen, tvorbu a růst kořenů, růst pylových láček, podílejí se na diferenciaci systému vodivých pletiv, hrají spolu s dalšími fytohormony zásadní roli při senescenci, aktivují protonové pumpy v buněčných membránách, ovlivňují fotosyntézu, asimilaci uhlíku a fixaci dusíku, podporují produkci etylenu, chrání rostlinu proti abiotickým i biotickým stresorům a podílejí se i na dalších procesech v rostlině.Müssig, 2005 Vývojové a růstové aktivity jsou hlavně spojeny s ATPázovou aktivitou, syntézou syntetasy 1-aminocyklopropan-1-karboxylové kyseliny změnu v orientaci mikrotubulů, a modifikaci buněčných stěn.
Vliv brassinosteroidů na růst rostlin a diferenciaci pletiv Od doby, kdy byl chemicky syntetizován brassinolid a jeho stereoizomer, 24-epibrassinolid (v roce 1981), mohly začít v širokém měřítku pokusy s aplikací brassinosteroidů na různé tkáně a orgány rostlin, a to ve skleníkových i polních podmínkách. První zpráva o vlivech brassinosteroidů na růst huseníčku se objevila v roce 1991, následována krátce nato popisem výběru mutantu u této rostliny (které jsou necitlivé k aplikovaným brassinosteroidům nebo jich syntetizují nedostatečné množství) a pozorováním, že brassinosteroidy u tohoto druhu regulují genovou expresi.Rao et al., 2002
Vliv brassinosteroidů na prodlužovací růst byl potvrzen mnoha pracemi. Velmi účinné jsou při stimulaci růstu mladých vegetativních tkání (obsah a tedy i citlivost je v těchto tkáních vyšší). Bylo pozorováno, že brassinosteroidy stimulovaly růst zelené řasy Chlorella vulgaris a mycelií Psilocybe cubensis a Gymnopilus purpuratous. Na druhou stranu však inhibovaly růst nádorových buněk vyvolaný Agrobacterium tumefaciens. Aplikace brassinosteroidů tedy většinou růst stimuluje, může ho ale i inhibovat. Studie na epikotylech soji odhalila schopnost brassinosteroidů stimulovat buněčný růst, a ten byl doprovázen výlevem protonů a hyperpolarizací buněčných membrán. V kultuře mrkvových (Daucus carota) buněk vyvolal 24-epibrassinolid pouze zvětšování buněk, aniž by měl jakýkoli vliv na jejich dělení. Podélný prodlužovací růst buněk je v deficitních mutantech huseníčku (cbb, dwf4, cpd, dim) velmi snížen. Jak lze předpokládat, je u nich nižší i exprese genů spojených s prodlužovacím růstem buněk. Ukázalo se, že brassinosteroidy ovlivňují rekonfiguraci mikrotubulů do příčného uspořádání, které umožňuje podélný růst.
Brassinosteroidy mohou podpořit organizaci mikrotubulů a prodlužovací růst buněk přímo, aniž by vzrostla exprese genů tubulinu, nebo mohou ovlivnit transport vody aquaporiny a aktivitu vakuolární protonové (H+) ATPasy, což je oboje spojeno s prodlužovacím růstem buněk.Morillon et al., 2000 Brassinosteroidy ovlivňují zřejmě stejnou měrou růst i dělení buněk. Ovlivňují také kinetiku buněčného cyklu v synchronizovaných kulturách buněk tabáku (Nicotiana tabacum) a také regulují geny exprimující se v S fázi. Brassinosteroidy mají stimulující roli na dělení buněk.
Regulace syntézy a aktivity enzymů účastnících se modifikace buněčné stěny (jako jsou xyloglukan, endotransglykosylasy, glukanasy, expansiny a další) se stala častým místem působení hormonů regulujících prodlužovací růst buněk. Nanomolární koncentrace brassinolidu stimuluje tvoření tracheid (xylogenezi) v izolovaných mezofylových buňkách ostálky (Zinnia elegans). Brassinosteroidy regulují expresi mnoha genů, přispívajících k regulaci buněčného dělení a diferenciace, a pomáhají řídit celkové vývojové procesy vedoucí k morfogenezi rostliny. Podílejí se na regulaci fotomorfogeneze, skotomorfogeneze a buněčného růstu v přítomnosti buněčné stěny, která je potenciálním limitem růstu.Clouse, 2002
Vliv brassinosteroidů na kořeny V kořenech se nachází mnohem nižší množství brassinosteroidů než ve výhoncích a jiných částech rostliny.Kim et al., 2000b I vzhledem k tomu, že brassinosteroidy byly v kořenech nalezeny,Yokota et al., (2001) jsou v kořenech také přítomny proteiny potřebné pro biosyntézu brassinosteroidů, stejně tak jako proteiny potřebné pro přenos brassinosteroidového signálu (BRI1 a BAK1). To naznačuje, že brassinosteroidy jsou důležité regulační sloučeniny také pro růst a vývoj kořenů. Pokusy, při kterých bylo studováno ovlivnění růstu kořenů brassinosteroidy, prokázaly inhibiční i stimulační účinky na růst kořenů.
Bohužel se při těchto pokusech pracovalo jen s kořenovými segmenty a byly tak přerušeny mnohé signalizační dráhy. 24-epibrassinolid měl inhibiční vliv na formaci kořenů u sazenic fazolu, pšenice (Triticum aestivum) a kukuřice (Zea mays). Guan a Roddick (1988) zjistili inhibiční vliv 0,1 µM 24-epibrassinolidu na růst kořenů rajčete, také stejná koncentrace 24-epibrassinolidu silně inhibovala růst kořenů huseníčku. Ale inhibiční vliv brassinosteroidů na růst kořenů odporuje faktu, že mutanti mají redukovaný kořenový systém.
V deficitních mutantech (zde byl použit cbb3) je na vyvolání inhibice růstu potřeba vyšší množství brassinosteroidů (>10 nM), nižší koncentrace růst kořenů stimulují. Lze říct, že nízké koncentrace brassinosteroidů podporují růst kořenů a brassinosteroidy přejdou na cestu inhibice pokud je překročena hraniční koncentrace brassinosteroidů. Tato hraniční koncentrace závisí na biologické aktivitě aplikovaného brassinosteroidu a genotypu rostliny. Například je tato hranice nižší u 24-epibrassinolidu než u 24-epicastasteronu, a vyšší v mutantech necitlivých k brassinosteroidům.
Doba ošetření, koncentrace a vývojové stádium rostliny má i zde velký vliv na působení brassinosteroidů na rostlinu.Fujii a Saka 2001
Brassinolid spolupracuje s auxinem při gravitropickém zakřivení primárních kořenů kukuřice. Aktivace gravitropického zakřivení pomocí brassinolidu byla plně anulována při aplikaci inhibitoru polárního transportu auxinu. Exogenně aplikovaný brassinolid (10-9 M a 10-5 M) zvýšil gravitropické zakřivení v primárních kořenech kukuřice. Takto vyvolané zakřivení bylo velmi zvýrazněno přítomností auxinu (10-8 M a 10-10 M).
Vliv brassinosteroidů na květy a semena