Studie zeigt, wie Pflanzen es während des Wachstums zusammenhalten

Eine unbekannte Wasserpflanze hat dabei geholfen zu erklären, wie Pflanzen unter den Belastungen und Belastungen des Wachstums nicht ausbrechen.

Die Entdeckung der Forscher Dr. Robert Kelly-Bellow und Karen Lee in der Gruppe von Professor Enrico Coen am John Innes Centre begann mit einer merkwürdigen Beobachtung bei einem Zwergmutanten der fleischfressenden Pflanze Utricularia gibba.

Die Stängel dieser Schwimmpflanze sind mit Lufträumen gefüllt, und diese Hohlheit führt dazu, dass die Gefäßsäule im Inneren des Stängels bei Belastung einknicken kann. Dieser Effekt wäre bei den meisten Pflanzen, die feste Stängel haben, nicht erkennbar.

Die Forscher sahen, dass bei einem Zwergmutanten die zentrale Säule wellenförmig statt gerade war. Sie stellten die Hypothese auf, dass diese wackelige Wirbelsäule durch einen inneren Konflikt verursacht wurde, eine Ungleichheit zwischen dem, was im Inneren des Pflanzenstamms und der Epidermis oder Haut geschah. Computermodelle von Co-Autor Dr. Richard Kennaway zeigten, dass diese Idee die Beobachtung erklären könnte.

Der Artikel wird in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft.

„Wir haben festgestellt, dass bei diesen Zwergarten nur die Epidermis, die Haut des Stängels, kurz sein möchte, das innere Gewebe jedoch immer noch lang sein möchte, daher der Knickeffekt“, erklärt Professor Enrico Coen vom John Innes Centre, an Autor der Studie.

„Das war eine Überraschung – früher hatte man gedacht, dass Zwergsorten, die in der Landwirtschaft sehr wichtig sind, Zwergsorten wären, weil alles im Stängel dadurch beeinträchtigt wird, dass es weniger wächst, aber tatsächlich ist es in diesem Fall nur die Schale, die so etwas erzeugt.“ Zwangsjacke.“

Weitere Untersuchungen ergaben, dass der Zwergmutante Utricularia gibba ein Wachstumshormon namens Brassinosteroid fehlte. Die Forscher stellten die Theorie auf, dass dieses Hormon normalerweise die Dehnung der Haut ermöglicht, wodurch eine nachgiebigere „Zwangsjacke“ entsteht und die Verlängerung des Pflanzenstamms ermöglicht wird.

Um diese Idee zu testen, verwendeten sie einen Mutanten in der Modellpflanze Arabidopsis, der den Kleber zwischen den Zellen schwächt, um zu sehen, ob die Reduzierung von Brassinosteroiden aufgrund der Belastungen zu größeren Rissen in der Haut des Stängels führen würde.

„Genau das haben wir gesehen“, erklärt Professor Coen. „Normalerweise reißt ein Arabidopsis-Stiel mit geschwächtem Kleber leicht, weil das Hormon dazu da ist, die Zwangsjacke zu lockern. Aber als das Hormon fehlte, riss die Haut vollständig ab und die Pflanze war fast hautlos.“

Computermodelle des Mitautors Professor Richard Smith zeigten, dass das Brassinosteroidhormon wahrscheinlich die Zwangsjacke lockert, indem es Fasern in den Zellwänden der Epidermis lockert.

„Pflanzenzellen kleben zusammen und werden allein durch ihr Pektin, ihren Klebstoff, der sie bindet, zu koordiniertem Verhalten gezwungen. Was wir in dieser Studie zeigen, ist, dass dies eine unglaublich starke Kraft ist; der Klebstoff ist so stark, dass man ihn nur braucht.“ das Wachstum in einer Schicht zu verändern und die anderen Zellen werden folgen“, erklärt Professor Coen.

„Frühere Studien haben betont, dass Pflanzen molekulare Signale senden, um koordiniert zu wachsen, und dies ist immer noch ein Teil der Erklärung. Unsere Studie zeigt jedoch, dass die Klebrigkeit von Pflanzenzellen auch eine wichtige Komponente bei der Koordinierung des Wachstums ist. Zusammenhalten.“ ist sehr wichtig.“

Co-Autor Dr. Christopher Whitewoods vom Sainsbury Laboratory der Universität Cambridge betont die potenzielle Bedeutung dieser Erkenntnisse für die zukünftige Forschung. „Die Tatsache, dass mechanische Wechselwirkungen zwischen Zellschichten das Wachstum in den Stängeln zweier völlig unterschiedlicher Arten steuern, wirft die Frage auf, ob sie andere Aspekte der Pflanzenentwicklung steuern, beispielsweise die komplexe innere Musterung der Blätter. Wir sind gespannt darauf, zu testen, ob dies der Fall ist.“ Fall.“

Die Ergebnisse werfen ein Licht auf die in den Schatten gestellten Nutzpflanzenarten wie Weizen und Reis, die der Grünen Revolution der Landwirtschaft zugrunde liegen, und erklären, wie Gene ihr Wachstum steuern und wie wir ihre Effizienz in Zukunft verbessern könnten.

Ihre Ergebnisse beziehen sich auch auf Entwicklungsprozesse bei Tieren, wie die Bildung von Rissen in der Krokodilhaut und die Formung des Darms, wobei vermutlich auch mechanische Wechselwirkungen zwischen den Schichten eine Rolle spielen.

Viele Hypothesen sehen auf den ersten Blick vielversprechend aus, halten sich dann aber nicht über den gesamten experimentellen Verlauf hinweg. „In diesem Fall ist das nicht der Fall“, meint Professor Coen.

„Der erste Blick auf das wackelige Gewebe unserer Zwergwasserpflanze war aufregend, denn sobald wir es sahen, hatten wir eine Vorstellung davon, was vor sich gehen könnte. Aber die größte Aufregung kam, als wir die Idee in einem völlig anderen System testeten.“

„Die Natur ist schwer zu fassen. 99 Prozent der guten Ideen scheitern, wenn sie einer kritischen Prüfung unterzogen werden. Aber manchmal überlebt eine Idee und man weiß dann, dass einem die Natur eines ihrer Geheimnisse offenbart hat“, sagt er.