Mysteriet løst:Hvordan forbliver plantespidser virusfrie?

For første gang har forskere fundet den mekanisme, der forhindrer vira i at trænge ind i planternes voksende spidser, hvor nye celler dannes. Disse såkaldte meristemer sidder dybt inde i planten og er beskyttet mod insekter, der kan bære vira på deres munddele. Men der er en anden grund til, at vira så sjældent kommer ind i meristemet - en molekylær barriere bestående af en familie af proteiner kaldet mitogen-aktiverede proteinkinaser eller MPK'er, som forskerne viser i tidsskriftet Science.

"Du kan tænke på meristemet som 'helligdommen' i en plante," siger Detlef Weigel, direktør ved Max Planck Institute for Developmental Biology i Tübingen og leder af forskerholdet, der gjorde opdagelsen. "Det er stedet, hvor alle nye celler og organer dannes. Det er derfor, det er så vigtigt for planten at beskytte dem."

Virus kan trænge ind i planten gennem stomata - små åbninger i blade, der gør det muligt for planten at udveksle luft med sit miljø - eller gennem sår i planten. Når de først er inde, bevæger de sig fra celle til celle gennem plasmodesmata, små kanaler, der forbinder dem. Disse kanaler er dog ikke til stede mellem meristemceller og resten af ​​planten, så virussen kan ikke fysisk komme til meristemet. Men efterhånden som meristemet vokser, genererer det hele tiden nye celler, og i processen begynder de meristematiske celler i dets kanter at differentiere sig - altså at give anledning til de forskellige celletyper, der udgør plantens væv. Og disse differentierende celler danner plasmodesmata til deres tilstødende ikke-meristematiske celler. Det er den differentieringszone mellem det egentlige meristem og resten af ​​planten, som vira skal krydse, hvis de skal inficere meristemet.

I deres eksperimenter omgik forskerne den fysiske barriere omkring meristemet og fremtvang kunstigt ekspressionen af ​​virale bevægelsesproteiner i meristemstamceller. Overraskende nok spredte vira sig dog ikke ind i meristemcellerne. "Hvis vi kun havde set på tilstedeværelsen eller fraværet af de virale bevægelsesproteiner, ville vi have konkluderet, at vira skal have en anden vej ind i meristemet," siger Weigel. "Men vi så ingen tegn på virussen i meristemet."

Yderligere analyser viste, at de proteiner, der var ansvarlige for at blokere spredningen af ​​vira, var MPK'er. Når forskerne genetisk forstyrrede MPK-generne, kunne vira komme ind i meristemet. Disse proteiner, fandt forskerne, signalerer plantens immunsystem til at producere forsvar, der begrænser virussen til det differentierende cellelag, der støder op til meristemet. Hvis MPK-proteinerne ikke er der til at sende signalet, produceres forsvaret mod virussen ikke, og virussen kan spredes ind i meristemet.

Fundet afslører et sofistikeret niveau af virusforsvar, der er indbygget i planten fra dens tidligste vækststadier. Desuden har arbejdet afsløret, at de beskyttende MPK'er er en del af et større system, der styrer et skift mellem meristemvedligeholdelse og differentiering.

"Ved at studere MPK-funktionen til beskyttelse af meristemer har vi også fået ny indsigt i reguleringen af ​​planters vækst og udvikling," siger Weigel.