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Wissenschaftler haben möglicherweise einen neuen Weg gefunden, um das Pflanzenwachstum unter sich verschlechternden landwirtschaftlichen Bedingungen zu fördern:durch den Blick auf die Wurzeln.
Eine neue Studie der University of California in Riverside ergab, dass ein Protein – die „Blütenstands- und Wurzelspitzenrezeptorkinase“ im Mund, “ oder IRK, kurz – in Pflanzenwurzeln sendet Signale an andere Zellen, die beeinflussen, ob Wurzeln wachsen oder nicht.
„Die Wurzel ist ein interessantes Organ, aber wir verstehen nicht viel darüber, wie Wurzeln wachsen, “ sagte Jaimie Van Norman, der Hauptautor der Studie und Assistenzprofessor für Pflanzenwissenschaften an der University of California Riverside, "Vieles davon liegt daran, dass sie außer Sichtweite sind."
Pflanzen haben kein „Gehirn“ im herkömmlichen Sinne, aber sie sind irgendwie in der Lage, Entscheidungen darüber zu treffen, wann und wie sie wachsen. Van Norman interessiert sich für die Art und Weise, wie das passiert, und sah IRK, erstmals in den frühen 2000er Jahren von einem Team in Japan entdeckt, als interessante Gelegenheit.
„Ich habe gezielt nach solchen Proteinen gesucht, “, sagte Van Norman. „Ich interessiere mich dafür, wie Zellen in Pflanzen miteinander kommunizieren, [weil] sie kein Nervensystem haben.“
Van Norman und ihr Forschungsteam befestigten zuerst einen grün fluoreszierenden Marker am IRK, um zu bestimmen, wo er sich in den Zellen der Pflanze befindet. Im Gegensatz zu vielen anderen Proteinen die sowohl innerhalb als auch außerhalb der Zelle untergebracht sind, nur die Außenseite der Wurzelzellen leuchtete mit dem IRK-Marker.
„Das Protein befindet sich nur auf einer Seite der Zelle, “, sagte Van Norman. „Es deutet darauf hin, dass das Protein so positioniert ist, dass es Informationen speziell aus dieser Richtung empfängt. [In diesem Fall] deutet es darauf hin, dass die Informationen von außen kommen.“
Sobald sie wussten, wo IRK ist, Das Team bearbeitete das Genom einiger Pflanzen, um das Protein „auszuschalten“ und es daran zu hindern, Signale an andere Zellen zu senden. Dann, sie beobachteten, wie die jungen Wurzeln der beiden Probengruppen in einer Petrischale wuchsen. Die Zellen in den Wurzeln ohne IRK vermehrten sich schneller und wuchsen zu größeren Wurzeln als ihre IRK-aktiven Gegenstücke.
„Wir glauben, dass es seine Aufgabe ist, die Zellteilung zu unterdrücken, “, sagte Van Norman. „Wenn es fehlt, diese Zellen teilen sich unregelmäßig.“
Die Forscher untersuchten IRK in einem Verwandten von Senf, aber sie sagen, dass Gene, die für das Protein kodieren, auch in anderen Kulturpflanzen vorhanden sind (obwohl Van Norman zugab, dass sie sich nicht mit „Urpflanzen“ wie Moosen befasst haben).
Die Wissenschaftler können noch nicht genau sagen, wie IRK außerhalb des Labors funktioniert – zum Beispiel Van Norman sagte, sie wüssten noch nicht, was IRK ein- oder ausschaltet – aber die Studie legt nahe, dass IRK auf Umweltbedingungen reagiert, um zu entscheiden, ob Wurzeln wachsen sollten.
„Pflanzen können die Umwelt nicht einfach verlassen – sie müssen mit dem auskommen, was da ist, “ erklärte Van Norman. „Wachstum und Umwelt sind eng miteinander verbunden, sodass die Pflanze ihr Wachstum in einer negativen Umgebung stoppen kann. wie der Winter in Maine.“
Nächste, Van Norman hofft zu verstehen, ob größere Wurzeln Stress besser überstehen.
„Wenn wir IRK mutieren, die Wurzeln werden breiter, “, sagte Van Norman. „Wir fragen uns, ob diese Wurzeln Wasser und Nährstoffe besser aufnehmen können – größer ist besser, oder gibt es ein gewisses Gleichgewicht, wenn Sie diese zusätzlichen Zellen haben, macht es Sie weniger gut, die Wurzelarbeit zu erledigen?“
Wenn IRK erfolgreich moduliert werden kann, Van Norman sagte, dass Landwirte kontrollieren können, ob die Wurzeln für potenziell produktivere Pflanzen größer werden. oder kleiner, um Unkraut in Schach zu halten oder das Pflanzenwachstum zu unterbrechen, bis ein schwerer Sturm vorbei ist.
"Im Allgemeinen, die Untersuchung von Wurzeln und wie sie das Wachstum unter verschiedenen Umweltbedingungen kontrollieren, wird zu einer dramatischen Verbesserung der Ernte führen, “, sagte Van Norman. „Die Bodenumgebung verschlechtert sich. Ackerland verliert an Qualität. Es wird salziger, es wird immer mehr Nährstoffe entzogen. Wir müssen verstehen, wie Wurzeln wachsen, damit wir die oberirdische Produktivität in der Zukunft der Landwirtschaft steigern können.“
