Undersøgelse finder ud af, hvad der får planterødder til at vokse sig stærke

En biologisk mekanisme, der er kendt for folk, der hurtigt hjælper planterødder med at vokse sig stærke. Københavns Universitets forskeres opdagelse giver svar på et længe ubesvaret spørgsmål og en dybere forståelse af planters "munde", der kan være med til at udvikle klimabestandige afgrøder.

Forestil dig at spise med fødderne og have halvdelen af ​​din krop under jorden. Sådan er livet for de fleste planter, med rødder som munden, hvorigennem de spiser og drikker. Rødder tjener også til at forankre planter og holde dem sikre i vind og regn. Faktisk er rødder afgørende for en plantes liv.

Men mange ting forbliver ukendte om planternes liv. Hvordan de vokser deres rødder store og stærke har længe været et spørgsmål, og der mangler nøglebrikker i puslespillet.

I en ny undersøgelse offentliggjort for nylig deler forskere fra Københavns Universitets Biologiske Institut deres opdagelse af, hvordan planter styrer rodvækst.

Det viser sig, at en gavnlig oprydningsmekanisme i planteceller kaldet autofagi spiller en nøglerolle. Den samme mekanisme findes hos mennesker og er en del af en populær sundhedstrend.

"Fasten er blevet populært, da det ser ud til at have en række sundhedsfremmende effekter hos mennesker, da perioder uden mad får kroppen til at aktivere en oprydningsproces for at bortskaffe forskellige affaldsstoffer i cellerne. I vores undersøgelse har vi bevist at den samme mekanisme, som også findes i planteriget, spiller en afgørende rolle for planterøddernes evne til at vokse og optage vand og næringsstoffer til resten af ​​planten,« forklarer adjunkt Eleazar Rodriguez fra Biologisk Institut, som ledet undersøgelsen.

Rødder har et 'hjerteslag'

Det har længe været kendt, at auxin, et plantehormon, styrer plantevæksten, inklusive rodvækst. Auxin er et brændstof til en slags "hjerteslag", der slår i hver eneste rodspids af en plante. Omtrent hver fjerde til sjette time når auxinniveauer og hjerteslag i en plantes rødder et maksimum, der får nye rødder til at vokse.

"Bevægelsen af ​​en rod er næsten som at se en slange glide frem på jagt efter vand og næring i jorden. Og vi kan se, at hjertebanken er stærkest, hver gang roden bugter sig frem," siger Rodriguez.

Men hvordan planter styrer deres hjerteslag for at optimere rodvækst, er forblevet et ubesvaret spørgsmål. Det er her, plantens interne oprydningsmekanisme kommer ind i billedet.

"I vores eksperimenter deaktiverede vi oprydningsmekanismen for at forstå dens betydning. Tænk, hvis hver eneste skraldemand i København strejkede - der ville ikke gå længe, ​​før skrald fyldte gaderne. Det samme skete i plantecellerne, som f.eks. hjerteslagene, der driver rodvæksten, blev meget svagere og gik ude af synkronisering," forklarer Rodriguez.

Ved at gøre dette kunne forskerne konkludere, at oprydningsmekanismen hjælper med at holde niveauer af forskellige biokemiske komponenter i perfekt balance for at give den mest effektive rodvækst.

Kan hjælpe med at spire nye klimabestandige afgrøder

Ifølge forskerne kan den nye viden om planterødder vise sig vigtig i kampen mod klimaforandringerne. Længere perioder med tørke og oversvømmelser er en ny normal, der stiller større krav til fødevaresikkerhed. Som sådan afgrødernes rødder, som skal kunne gro selv under disse barske forhold.

"Der findes adskillige metoder til at ændre planters genetiske egenskaber i dag. Disse kan bruges til at få planter til at udvikle længere rødder, hurtigere og dermed blive mere modstandsdygtige over for tørke eller oversvømmelser. En af metoderne henter hjælp fra bakterier. der lever i symbiose med planten og kan få planten til at ændre sit vækstmønster Det arbejder flere virksomheder i Danmark på lige nu,« forklarer ph.d. studerende Jeppe Ansbøl, der var medforfatter til undersøgelsen.

Den nye viden gælder alle blomstrende planter og måske flere, mener forskeren. I princippet kunne afgrøder som tomater, kartofler, ris, hvede og majs ændres til at vokse mere og tættere rødder, fordi vi nu ved, hvordan planter får deres rødder til at vokse.

"Jo flere rødder planterne har, jo mere vand og næringsstoffer kan de tage, så planterne vokser hurtigere hurtigere. Vi er stærkt afhængige af planter, fordi de fodrer os, udvinder CO₂ fra atmosfæren og producerer den ilt, vi indånder. Som sådan er det ekstremt vigtigt at forstå dem fuldt ud, hvortil vi netop har taget et stort skridt fremad," slutter Rodriguez.

Får affaldssamlere i celler til at gå i strejke

Autofagi betyder "selvspisende" og er en nøglemekanisme, når planter udvikler rødder. For at undersøge betydningen af ​​autofagi udviklede forskerne en mutant Arabidopsis (thale karse) plante, hvor dens autofagi var deaktiveret.

Samtidig fik de ARF7-proteinet selvlysende, som er det protein, der styrer auxin-reaktionerne, og som plantecellens affaldssamlere rydder op for at give optimal rodvækst. Anlæggets affaldssamlere indsamler affald fra celler og transporterer det til en slags genbrugsstation i anlægget kaldet en vakuole.

"Da vi forstyrrede plantens autofagi, var der affald overalt, og vi var i stand til at detektere ARF7-proteinet blandt affaldet," siger Rodriguez.

Flere oplysninger: Elise Ebstrup et al., NBR1-medieret selektiv autofagi af ARF7 modulerer rodforgrening, EMBO-rapporter (2024). DOI:10.1038/s44319-024-00142-5

Journaloplysninger: EMBO-rapporter

Leveret af Københavns Universitet