Hvordan planter laver luftrødder

Nogle gange skal man kigge op for at se rødderne.

Rødder er normalt forbundet med ting, der lever under jorden, i fugt og mørke. Tænk på majroer, radiser og yams. Men mange planter laver deres rødder over jorden. Vedbend bruger sine rødder til at klatre på bygninger, og det mægtige ficustræ bruger dem til at støtte deres store grene. Hvad får planter til at danne rødder på det "forkerte sted", så at sige? Det ville være ligesom os mennesker, der spirer ben fra vores skuldre.

I en undersøgelse offentliggjort i denne uge i tidsskriftet Science , Hebrew University of Jerusalem (HU) Professor Idan Efroni og hans team fandt den skjulte mekanisme, der gør det muligt at opstå luftrødder. Ved at nedbryde stammen til individuelle celler identificerede teamet de ekstremt sjældne celler, der, når forholdene er modne, får rødder til at vokse i luften.

"Overfladisk set ligner disse andre planteceller, hvorfor de undgik påvisning i så lang tid," forklarede Efroni. "Vi brugte nye teknikker til nøje at screene tusindvis af celler, én efter én. Vi vidste, at ved at finde de celler, der kan danne rødder, ville vi være i stand til at lede efter den "switch", der tænder dem."

Planter laver rødder fra små organer kaldet meristemer. Ved at undersøge disse unikke celler nøje, var Dr. Naama Gil-Yarom, en forskningsmedarbejder ved HU-laboratoriet, i stand til at fange dem i gang med at lave et meristem og identificere de gener, der er aktive lige ved overgangspunktet. Særligt ét gen skilte sig ud, og da HU-ph.d. studerende Moutasem Omary brugte CRISPR til at slette dette gen, planterne mistede deres evne til at lave luftrødder.

Da Efroni og hans team studerede genomet, var de i vente. Lige ved siden af ​​det gen, der styrede produktionen af ​​luftrødder, var et meget lignende gen. "Vi genkendte det straks fra tidligere undersøgelser som det gen, der styrer dannelsen af ​​underjordiske rødder," fortalte Efroni, "Jeg kan huske, at jeg tænkte, at vi lige er stødt på det centrale knudepunkt, der styrer roddannelsen." Faktisk, da forskerne deaktiverede alle disse gener, kunne planterne slet ikke få nogen rødder.

Ved at spore udviklingen af ​​disse gener fandt holdet ud af, at mange store afgrøder, såsom søde kartofler, bønner, tomat, ris, majs og hvede, deler dette dobbelte rodkontrolsystem." Evnen til at lave luftrødder er yderst fordelagtig. til anlægget," forklarede Efroni. "I tilfælde af at de underjordiske rødder bliver oversvømmet eller beskadiget, kan planten vokse luftrødder og overleve angrebet," tilføjede han. Planter udviklede denne evne tidligt og glemte aldrig, hvordan man gør det.

Ikke desto mindre kan det, der er nyttigt i naturen, faktisk komme som en ulempe i landbruget. Mange planter er podet, hvilket betyder, at de har rodsystemet fra en plante og det overjordiske system af en anden. Dette giver landmændene mulighed for at dyrke planter, der er resistente over for jordsygdomme. Men hvis den øverste del af transplantatet vokser en luftrod, vil det omgå jordmodstanden og gøre alle anstrengelserne ved podningen ubrugelige. Men takket være Efroni og hans teams opdagelse ved vi, hvilke gener vi skal målrette mod og kan skabe planter uden luftrødder, hvilket gør praksis med podning så meget mere effektiv.

Når vi ser fremad, planlægger gruppen at ændre DNA-koden ved rodkontrolklyngen for at lave tilpassede rodsystemer over og under jorden. Som Efroni konkluderede, "her i Israel, for at få mest muligt ud af den jord, vi har, er vi nødt til at optimere den måde, vores fødevareafgrøder vokser på og udnytter ressourcerne. At gøre det er en skræmmende og kompleks opgave, men trin for trin , vi når derhen."