Descoperiți cum plantele își adaptează creșterea rădăcinii la modificările nutrienților

La fel ca orice altă plantă, Arabidopsis thaliana sau cidrul urechii de șoareci, are nevoie de azot pentru a supraviețui și a prospera. Dar, la fel ca porumbul, fasolea și sfecla de zahăr, preferă azotul sub formă de nitrați, crescând mai bine pe solul bogat în nitrați. În timp ce pinul și orezul, de exemplu, cresc preferențial pe baza nutriției cu amoniu, o altă formă a azotului macronutrienți cheie. Dacă concentrația sau disponibilitatea diferitelor tipuri de azot variază, plantele trebuie să se adapteze rapid. „Una dintre cele mai importante întrebări este: care este rolul hormonilor vegetali în adaptarea la disponibilitatea azotului? Cum fac față utilajele dintr-o fabrică mediul în schimbare? “întreabă Eva Benková, biologă pentru dezvoltare și profesor austriac al Institutului de Știință și Tehnologie (IST).

Găsiți echilibrul

În căutarea răspunsurilor, Krisztina Ötvös, colegă post-doctorală în echipa de cercetare a Eva Benková, împreună cu colegii de la Universidad Politécnica de Madrid, Universitatea Catolică Episcopală din Chile, Institutul de Tehnologie din Austria și Universitatea din Montpellier, au analizat două extreme. : Au comparat modul în care au reacționat răsadurile Arabidopsis crescute în întregime pe amoniu, odată ce oamenii de știință le-au transferat pe medii care conțin fie amoniu, fie nitrat.

Compararea vârfului rădăcinii Arabidopsis

Imaginea arată diferențele în lungimea celulei, conținutul relativ de auxină și locația transportorului de auxină PIN2 între fișierele de celule învecinate în vârful rădăcinii Arabidopsis suplimentat cu amoniu versus nitrat. Credit: Krisztina Ötvös / IST Austria

Dacă o plantă trăiește într-un sol sub-optim, încearcă să-și mențină creșterea rădăcinii cât mai mult timp posibil pentru a ajunge la o formă mai adecvată de azot. Principalele procese, care susțin creșterea rădăcinilor, sunt proliferarea celulară în meristem, țesutul vegetal care conține celule nediferențiate și expansiunea celulară. Planta trebuie să găsească un echilibru bun între aceste două. Echipată cu amoniu, forma de azot Arabidopsis nu-i place atât de mult, zona meristematică a cazanului a produs mai puține celule. În schimb, s-au extins foarte repede. „Odată ce am mutat plantele în azotat, meristemul s-a mărit brusc, s-au produs mai multe celule și a existat o cinetică diferită în expansiunea celulară”, spune Benková. „Acum Arabidopsis și-ar permite să acorde mai multă energie diviziunii celulare și să diferențieze în mod diferit creșterea rădăcinii sale”.

Controlează fluxul hormonului

Indiferent dacă planta investește în proliferarea celulară sau proliferarea celulară este dictată de nivelul auxinei. Acest hormon vegetal este esențial pentru toate procesele de dezvoltare. Este transportat într-un mod foarte controlat de la o celulă la alta de către purtători speciali de auxină. Proteinele care controlează transportul auxinei din celule, așa-numiții purtători de efluenți, reglează fluxul de auxină în funcție de ce parte a celulei stau. Benková și echipa ei au fost interesați în mod deosebit de purtătorul de auxină PIN2, care mediază fluxul de auxină pe vârful rădăcinii din dreapta. Cercetătorii au identificat PIN2 ca principalul factor în stabilirea echilibrului dintre diviziunea celulară și proliferarea celulară. „Am observat că după ce am mutat plantele în azotat, localizarea PIN2 se schimbă. Astfel, modifică distribuția auxinei. “


Videoclipul transmite creșterea vârfului rădăcinii Arabidopsis suplimentat cu amoniu față de nitrat. Credit: Krisztina Ötvös / IST Austria

Pe de altă parte, activitatea PIN2 este afectată de starea sa de fosforilare. „Ceea ce m-a uimit a fost că o modificare, fosforilarea unei proteine ​​atât de mari ca un purtător de efluenți, poate avea un efect atât de important asupra comportamentului rădăcinilor”, adaugă Benková. Mai mult, amino acid de PIN2, care este ținta fosforilării, este prezent în multe specii de plante diferite, sugerând că PIN2 poate juca un rol general în strategiile de adaptare ale altor specii de plante pentru a modifica sursele de azot. Într-un pas următor, cercetătorii vor să înțeleagă mașinile care controlează schimbarea stării de fosforilare.

O vedere foarte apropiată

„Prezentul studiu este rezultatul contribuției multor oameni diferiți, de la biologi celulari și informaticieni la persoanele care lucrează în microscopie avansată. Este într-adevăr o abordare multidisciplinară ”, a subliniat Eva Benková. Pentru a analiza în detaliu procesele din rădăcinile Arabidopsis, de exemplu, biologii au folosit un microscop confocal vertical – un instrument special adaptat în Austria IST pentru a se potrivi nevoilor cercetătorilor. În loc de un pas orizontal, microscopul folosește unul vertical, care vă permite să observați creșterea plantelor așa cum o face în mod natural – de-a lungul factorului gravitațional. Cu rezoluția sa înaltă, Benková și echipa ei au putut observa modul în care celulele din rădăcinile Arabidopsis se împărțeau și se extindeau în timp real. Într-un proiect anterior, cercetătorii de la IST Austria au câștigat un concurs video Nikon Small World in Motion, care arată urmărirea în direct a vârfului rădăcinii în creștere a Arabidopsis thaliana la microscop.

Referință: 5 ianuarie 2021, Jurnalul EMBO.
DOI: 10.15252 / embj.2020106862

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Modelul demonstrează similitudini în modul în care studiază oamenii și insectele

Modelul de calcul demonstrează similaritatea în cunoașterea împrejurimilor oamenilor și insectelor. Potrivit unui nou studiu de la Universitatea din Sussex, care arată cum oamenii pot...

Cum am creat „furtuna perfectă” pentru evoluția și transmiterea bolilor infecțioase, cum ar fi COVID-19

Potrivit unui cercetător de la Universitatea din Anglia de Est, în majoritatea modurilor noastre, „furtuna perfectă” a fost creată pentru evoluția și transmiterea bolilor...

„Adezivul molecular” crește eficiența și face ca celulele solare perovskite să devină mult mai fiabile în timp

Cercetătorii au folosit „adeziv molecular” auto-asamblat monostrat pentru a consolida interfețele din celulele solare perovskite pentru a le face mai eficiente, stabile și fiabile....

Pastele plate sunt atât de avansate încât se formează în morfuri atunci când sunt fierte

Laboratorul CMU gestionează producția de paste, care își schimbă forma pe măsură ce gătește. Credit: Universitatea Carnegie Mellon Pastele plate ambalate creează ambalare, transport...

Oamenii de știință ai undelor gravitaționale Excelentă nouă metodă de rafinare a constantei Hubble – expansiunea și vârsta universului

O ilustrare a artistului unei perechi unificate de stele neutronice. Credit: Carl Knox, Universitatea OzGrav-Swinburne O echipă de oameni de știință internaționali, condusă de...

Newsletter

Subscribe to stay updated.