Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Biologi

Forskere finder mekanismer, hvormed planterødder undgår iltfattig jord

Manglen på ilt i jorden som følge af vandfyldning får Arabidopsis-roden til at bøje (til højre i billedet). Kredit:Emese Eysholdt-Derzsó

Forskere advarer om hyppigere forekommende ekstreme vejrbegivenheder i fremtiden som følge af klimaændringer. Aktuelle miljøkatastrofer, såsom de talrige og særligt alvorlige tropiske orkaner i år, har en tendens til at bekræfte denne tendens. Disse ekstreme vejrbegivenheder er ofte ledsaget af oversvømmelser, som i stigende grad påvirker landbrugsjord. Denne oversvømmelse bliver et stadig mere alvorligt problem for afgrødedyrkning, fordi størstedelen af ​​intensivt dyrkede afgrøder ikke er særlig tolerante over for for meget vand. Større tab i udbytte er ved at blive tydelige. På samme tid, presset på den tilgængelige landbrugsjord for at producere afgrøder er hastigt stigende i lyset af en voksende global befolkning.

I denne sammenhæng, CAU-forskere i forskergruppen for planteudviklingsbiologi og plantefysiologi ved Kiel Universitets botaniske institut ser på virkningerne af globale klimaændringer på plantevækst. Ved at bruge eksemplet med en modelplante, der ofte bruges i laboratorier, Arabidopsis thaliana, også kendt som thale karse, doktorgradsforsker Emese Eysholdt-Derzsó undersøgte, hvordan planter reagerer på lavt iltstress, som skyldes for meget vand. "I hendes arbejde, Eysholdt-Derzsó beskriver for første gang, hvordan vandfyldning og den dermed forbundne iltmangel ændrer vækstretningen for tælkarserødder, og hun tydede hvilke genetiske mekanismer, der styrer planternes tilpasning, " understregede lederen af ​​forskningsgruppen, Professor Margret Sauter. Det Kiel-baserede forskerhold offentliggjorde for nylig disse nye resultater i forskningstidsskriftet Plant Physiology.

Jordbundsforhold, der er våde og dermed lavt iltindhold, er livstruende for de fleste planter, fordi de forhindrer rødderne i at vokse og i at optage næringsstoffer. I en vis tid, imidlertid, de kan tilpasse sig vandfyldning med forskellige beskyttelsesmekanismer. Forskerne ved Kiel Universitet har nu undersøgt, hvordan iltmangel påvirker væksten og den overordnede rodstruktur af thalekarse. For at gøre det, de udsatte syv dage gamle Arabidopsis-kimplanter for forskellige iltregimer på skift:de blev konfronteret med vækstbetingelser med lavt iltindhold i en dag, efterfulgt af normale forhold i en dag. Forsøgene viste, at rødderne forsøgte at undslippe de iltfattige forhold ved at vokse til siden. For at gøre det, planterne bruger en genetisk bestemt reguleringsmekanisme, der forhindrer det normale, nedadgående rodvækst. I stedet, rødderne vokser vandret, hvor det er mere sandsynligt, at de når mere iltrige jordområder. "Vi var i stand til at vise, at denne proces er reversibel. Så snart der var nok ilt til rådighed, rødderne startede så normal nedadgående vækst igen, sagde hovedforfatteren, Eysholdt-Derzsó.

Thalekarse (Arabidopsis thaliana) er ideel som modelorganisme til laboratorieforsøg. Kredit:Emese Eysholdt-Derzsó

De Kiel-baserede videnskabsmænd kaldte hele denne proces for 'rodbøjning'. De var i stand til at tyde den genetiske regulering, der er ansvarlig for det:Fem af de overordnede 122 medlemmer af ERF-transskriptionsfaktorfamilien af ​​thalekarse er ansvarlige for, at rødderne reagerer på stress fra for meget vand. De aktiverer gener, der sikrer målrettet distribution af plantevæksthormonet, auxin, i rødderne. Som en konsekvens, dette phytohormon er asymmetrisk flyttet i rodvævet. Da auxin virker som en hæmmer, roden vokser langsommere på steder med højere koncentrationer af hormonet, får roden til at bøje. Fordelingen af ​​auxin i roden og dermed udløsning af rodbøjning kan ses med en fluorescens auxin markør.

Thalekarse tilhører korsblomstfamilien og er i familie med rapsfrø eller forskellige kålplanter. Det er derfor højst sandsynligt, at resultaterne fra modelorganismen kan overføres til forskellige afgrøder. Fremtidig forskning vil hjælpe til yderligere at undersøge og forstå mekanismen for rodbøjning på andre planter. Forskernes langsigtede mål er muligvis at lykkes med at overføre resultaterne til afgrøder, for at øge deres tolerance over for vandlidning i fremtiden og dermed reducere landbrugets udbyttetab.

  • Fytohormonet auxin (fluorescerende i højre side af billedet) hæmmer væksten på den ene side og bøjer Arabidopsis-roden. Kredit:Emese Eysholdt-Derzsó

  • Emese Eysholdt-Derzsó, doktorgradsforsker i forskergruppen for planteudviklingsbiologi og plantefysiologi ved Kiel Universitet, undersøgt rodbøjning. Kredit:Christian Urban, Kiel Universitet

  • Forskerne brugte thale karse frøplanter til at undersøge rodbøjning. Frøplanterne blev dyrket under kontrollerede forhold. Kredit:Christian Urban, Kiel Universitet




Varme artikler