Forskare kan ha hittat ett nytt sätt att främja tillväxt av grödor under förnedrande jordbruksförhållanden:genom att se till rötterna.
En ny studie utförd av University of California vid Riverside avslöjade att ett protein - munfull "blomställning och rotapisreceptorkinas, ” eller IRK, kort sagt - i växternas rötter skickar signaler till andra celler som påverkar om rötter växer eller inte.
"Roten är ett slags intressant organ, men vi förstår inte mycket om hur rötter växer, " sa Jaimie Van Norman, studiens huvudförfattare och biträdande professor i växtvetenskap vid University of California Riverside, "Mycket av det beror på att de är utom synhåll."
Växter har inte "hjärnor" i traditionell mening, men de kan på något sätt fatta beslut om när och hur de växer. Van Norman är intresserad av hur det händer, och såg IRK, upptäcktes först i början av 2000-talet av ett team i Japan, som en intressant möjlighet.
"Jag letade specifikt efter den här typen av proteiner, sa Van Norman. "Jag är intresserad av hur celler pratar med varandra i växter [eftersom] de inte har ett nervsystem."
Van Norman och hennes forskargrupp fäste först en grön fluorescerande markör till IRK för att avgöra var den finns i växtens celler. Till skillnad från många andra proteiner, som är inrymda på både insidan och utsidan av cellen, endast utsidan av rotcellerna lyser upp med IRK-markören.
"Proteinet finns bara på ena sidan av cellen, sa Van Norman. "Det tyder på att proteinet är positionerat för att ta emot information specifikt från den riktningen. [I det här fallet] tyder det på att informationen kommer utifrån."
När de väl visste var IRK var, teamet redigerade genomet hos vissa växter för att "stänga av" proteinet och stoppa det från att skicka signaler till andra celler. Sedan, de såg de unga rötterna från de två provgrupperna växa i en petriskål. Cellerna i rötterna utan IRK förökade sig snabbare och växte större rötter än sina IRK-aktiva motsvarigheter.
"Vi tror att det är jobbet att undertrycka celldelning, sa Van Norman. "När det saknas, dessa celler delar sig oregelbundet."
Forskarna studerade IRK hos en släkting till senap, men de säger att gener som kodar för proteinet också finns i andra grödor (även om Van Norman medgav att de inte har tittat på "förfäders växter" som mossor).
Forskarna kan ännu inte säga exakt hur IRK fungerar utanför labbet - till exempel, Van Norman sa att de ännu inte vet vad som slår på eller av IRK - men studien tyder på att IRK reagerar på miljöförhållanden för att bestämma om rötter ska växa.
"Växter kan inte bara lämna miljön - de måste nöja sig med det som finns där, ” förklarade Van Norman. "Tillväxt och miljö är tätt sammankopplade så att växten kan stoppa sin tillväxt i en negativ miljö, som vintern i Maine."
Nästa, Van Norman hoppas kunna förstå om större rötter överlever stress bättre.
"När vi muterar IRK, rötterna blir bredare, sa Van Norman. "Vi undrar om dessa rötter har bättre förmåga att ta upp vatten och näringsämnen - är större bättre, eller finns det någon balans om du har de där extra cellerna, gör det dig mindre bra på att göra rötterna?”
Om IRK framgångsrikt kan moduleras, Van Norman sa att bönder kan kontrollera om rötter växer sig större för potentiellt mer produktiva växter, eller mindre för att hålla ogräs i schack eller pausa växttillväxten tills en svår storm passerar.
"I allmänhet, studiet av rötter och hur de styr tillväxten under olika miljöförhållanden kommer att leda till dramatisk förbättring av skörden, sa Van Norman. ”Markmiljöerna är förnedrande. Jordbruksmark är försämrad i kvalitet. Det blir saltare, det blir mer näringsbrist. Vi kommer att behöva förstå hur rötter växer så att vi kan driva produktivitet ovan jord i framtiden för jordbruket."
