Sådan øger du plantebiomasse:Biologer afslører molekylær sammenhæng mellem tilgængelighed af næringsstoffer og vækst

I et gennembrud, der kunne få store konsekvenser for landbruget, har biologer ved University of California, Davis, afsløret en molekylær sammenhæng mellem tilgængelighed af næringsstoffer og plantevækst. Opdagelsen, offentliggjort i tidsskriftet Nature Plants, kan føre til nye måder at øge plantebiomassen og forbedre afgrødeudbyttet.

Planter har brug for en række forskellige næringsstoffer for at vokse, herunder nitrogen, fosfor og kalium. Disse næringsstoffer er ofte i begrænset forsyning i jorden, hvilket kan begrænse plantevæksten. Imidlertid fandt UC Davis-teamet ud af, at et protein kaldet TOR (mål for rapamycin) spiller en nøglerolle i reguleringen af ​​plantevækst som svar på tilgængeligheden af ​​næringsstoffer.

TOR er en kinase, et enzym, der tilføjer en fosfatgruppe til andre proteiner. UC Davis-teamet fandt ud af, at TOR fosforylerer et protein kaldet S6K1, hvilket igen udløser en kaskade af begivenheder, der fører til øget cellevækst og -deling. Når næringsstoffer er knappe, reduceres TOR-aktiviteten, hvilket fører til nedsat S6K1-phosphorylering og langsommere vækst.

"Vores resultater giver en molekylær forklaring på, hvordan planter integrerer tilgængelighed af næringsstoffer med vækst," sagde undersøgelsens hovedforfatter Dr. Jian-Kang Zhu, professor i plantebiologi ved UC Davis. "Denne viden kan bruges til at udvikle nye strategier til at forbedre afgrødeudbyttet ved at manipulere TOR-signalering."

Forskerne fandt ud af, at overekspression af TOR i planter resulterede i øget vækst og biomasseproduktion. Omvendt voksede planter med reduceret TOR-aktivitet langsommere og producerede mindre biomasse. Disse resultater tyder på, at TOR er en nøgleregulator for plantevækst og kan være et potentielt mål for genteknologi til at forbedre afgrødeudbyttet.

Undersøgelsen har også betydning for forståelsen af, hvordan planter reagerer på miljøbelastninger, såsom tørke og højt saltindhold. Disse belastninger kan reducere tilgængeligheden af ​​næringsstoffer og føre til nedsat plantevækst. Forskerne fandt dog ud af, at TOR-signalering kan hjælpe planter til at tolerere disse belastninger og opretholde vækst.

"Vores resultater giver en ny ramme for at forstå, hvordan planter regulerer væksten som reaktion på tilgængelighed af næringsstoffer og miljøbelastninger," sagde Zhu. "Denne viden kan føre til nye strategier til at forbedre afgrødeudbyttet og gøre landbruget mere bæredygtigt."

Forskningen blev støttet af National Science Foundation og US Department of Agriculture.