Hvordan ved planter, hvor store de skal vokse?

Organismer vokser, så de passer til den plads og de tilgængelige ressourcer i deres miljøer, hvilket fører til en stor mangfoldighed af kropsstørrelser og -former inden for en population af samme art. Hvad er de genetiske og fysiologiske mekanismer, der bestemmer, hvor stor en organisme kan vokse?

Hos insekter og pattedyr er de cellulære og molekylære faktorer, der understøtter kropsstørrelse, veletablerede. Men i planter har denne proces undret videnskabsmænd i generationer. Hvordan en plante kontrollerer den størrelse, den vokser til, er en grundlæggende del af dens udviklingsprocesser og påvirker dens sandsynlighed for succes i et bestemt miljø.

"Det er afgørende vigtigt at forstå, hvordan planter kontrollerer deres samlede størrelse under udvikling," sagde Carnegies Sue Rhee, som ledede et hold af forskere, der undersøgte dette mysterium. "Denne viden kan hjælpe os med at forbedre landbrugets produktivitet og vejlede beslutninger om arealanvendelse, især da mange miljøforhold bliver omformet af klimaændringer."

Carnegie-teamet – hovedforfatteren Flavia Bossi, sammen med Benjamin Jin, Elena Lazarus, Heather Cartwright og Yanniv Dorone – fik et vigtigt gennembrud med at besvare dette mangeårige spørgsmål. Deres resultater er offentliggjort i Udvikling .

Nøglen til at belyse denne proces er udviklingsskiftet fra cellulær proliferation – deling, der øger antallet af celler – til cellulær differentiering – specialisering i organer og væv.

Proliferation slutter, når alle celler i et organ er blevet differentieret. Dette styrer antallet af celler, der omfatter det organ, og til gengæld bestemmer hastigheden og varigheden af ​​organvækst plantens samlede kropsstørrelse.

"Så, hvad vi ønskede at vide var, hvordan ved planten, hvornår den skal forlade spredningsstadiet?" sagde Bossi.

Ved hjælp af en række avancerede forskningsteknikker var holdet i stand til at fastslå, at et tidligere ukarakteriseret gen, de kaldte CHIQUITA1, sammen med flere lignende CHIQUITA-lignende gener, spiller en afgørende rolle i at opretholde timingen for overgangen mellem spredning og differentiering i sennep. plante Arabidopsis thaliana. De fandt ud af, at CHIQUITA1 sikrer, at cellerne formerer sig et vist antal gange, før de differentieres, hvilket afslører et vigtigt skridt i, hvordan plantekroppens størrelse kontrolleres.

Bossi konkluderede:"Planter er fundamentale for så mange aspekter af menneskers liv - fra fødevareforsyning til biobrændstoffer, medicin, tømmer, tekstiler og mere. At forstå, hvordan de udvikler sig og regulerer deres størrelse som reaktion på miljøforhold, kan hjælpe os med at forberede os på en opvarmende verden."

I modsætning til det meste af forskningen i celleproliferation blev dette arbejde udført på det individuelle celleniveau snarere end på populationsniveau, hvilket fremhævede, hvor meget mere der er at lære om reglerne, der styrer plantebiologi.