Hücre yapışması zayıflamış Arabidopsis gövdesi, epidermal büyümeyi yavaşlatan, mekanik streslere ve epidermal hücreler birbirinden ayrılırken çatlakların açılmasına neden olan bir büyüme hormonu brassinosteroid inhibitörü ile tedavi edildi. Kredi: Rob Kesseler ve Robert Bellow
Görünmeyen bir su bitkisi, bitkilerin büyümeyle ilişkili gerilimler ve zorlamalar nedeniyle çatlamayı nasıl önlediğine ışık tuttu.
Bu keşif, Dr. John Innes Merkezi’ndeki Profesör Enrico Coen’in ekibinden Robert Kelly-Bellow ve Karen Lee. Etçil bitki Utricularia gibba’nın cüce mutantının ilginç bir gözlemiyle başladı.
Bu yüzen bitkinin gövdeleri hava boşluklarıyla doludur ve bu boşluk, gövde içindeki damar kolonunun stres altında bükülebileceği anlamına gelir. . Bu etki, sağlam gövdeleri olan çoğu bitkide görülmez.
Araştırmacılar, bir cüce mutantta merkezi sütunun düz yerine dalgalı olduğunu gördüler. Bu sallantılı omurganın bir iç çatışmadan, bitki gövdesi ile epidermis veya cilt arasında olup bitenler arasındaki bir eşitsizlikten kaynaklandığını varsaydılar. Ortak yazar Dr. Richard Kennaway’in hesaplamalı modellemesi, bu fikrin gözlemlenen şeyi açıklayabileceğini gösterdi.
“Bu tür cücelerde, yalnızca epidermisin, yani derilerinin kısa, iç kısmının kısa olmasını istediğini fark ettik. Science’ta yer alan çalışmanın yazarlarından John Innes Centre’dan Profesör Enrico Coen, doku hala uzun olmak istiyor, bu nedenle burkulma etkisi var,” diye açıklıyor.
“Bu bir sürprizdi; daha önce insanlar onun cüce olduğunu düşünmüştü. tarımda çok önemli olan çeşitler cüce olur çünkü gövdedeki her şey daha az büyümeden etkilenir ama aslında bu durumda sadece kabuk, bir çeşit deli gömleği yaratıyor.”
İleri araştırmalar şunu ortaya çıkardı: Utricularia gibba cüce mutant, brassinosteroid adlı bir büyüme hormonundan yoksundu.
Bu hormonun normalde cildin gerilmesine, daha bağışlayıcı bir deli gömleği vermesine ve bitki sapının uzamasına izin verdiğine dair bir teori geliştirdiler.
To Bu fikri test etmek için, Brassinosteroidi azaltmanın streslerin bir sonucu olarak gövdenin derisinde büyük çatlaklar oluşmasına neden olup olmayacağını görmek için hücreler arasındaki yapıştırıcıyı zayıflatan Arabidopsis model bitkisinde bir mutant kullandılar.
Profesör Coen, “Gördüğümüz tam olarak buydu” diye açıklıyor. “Normalde yapıştırıcısı zayıflamış bir Arabidopsis sapı hafifçe çatlar çünkü hormon deli gömleğini gevşetmek için oradadır. Ancak hormon eksik olduğunda, kabuk tamamen soyuldu ve bitki neredeyse derisiz hale geldi.”
Ortak yazar Profesör Richard Smith’in hesaplamalı modellemesi, brassinosteroid hormonunun epidermal hücre duvarlarındaki lifleri gevşeterek muhtemelen deli gömleğini hafiflettiğini gösterdi. .
“Bitki hücreleri birbirine yapışmış durumda ve tam da onları bağlayan pektinleri, yani yapıştırıcıları sayesinde koordineli bir şekilde davranmaya zorlanıyorlar. Bu çalışmada gösterdiğimiz şey, bunun inanılmaz derecede güçlü bir güç olduğu; Yapıştırıcı o kadar güçlü ki, yalnızca bir katmandaki büyümeyi değiştirmeniz gerekiyor ve diğer hücreler bunu takip edecek” diye açıklıyor Profesör Coen.
“Önceki araştırmalar, bitkilerin koordineli bir şekilde büyümek için moleküler sinyaller gönderdiklerini vurguluyordu ve bu hala açıklamanın bir parçası. Ancak çalışmamızın gösterdiği şey, bitki hücrelerinin yapışkanlığının aynı zamanda büyümeyi koordine etmede hayati bir bileşen olduğudur. Birbirine bağlı kalmak çok önemli.”
Cambridge Üniversitesi, Sainsbury Laboratuvarı’ndan ortak yazar Dr. Christopher Whitewoods, bu bulguların gelecekteki araştırmalar için potansiyel önemini vurguluyor. “Hücre katmanları arasındaki mekanik etkileşimlerin, çılgınca farklı iki türün gövdelerindeki büyümeyi kontrol ettiği gerçeği, bunların, yaprakların karmaşık iç modellemesi gibi bitki gelişiminin diğer yönlerini kontrol edip etmediği sorusunu gündeme getiriyor. Durumun böyle olup olmadığını test etmekten heyecan duyuyoruz”.
Bulgular, tarımın Yeşil Devrimi’nin temelini oluşturan buğday ve pirinç gibi bodur ekin çeşitlerine ışık tutarak, genlerin büyümelerini nasıl kontrol ettiğini ve bizim nasıl iyileştirebileceğimizi açıklıyor. gelecekteki verimlilikleri.
Bulguları, hayvanlarda timsah derisi çatlaklarının oluşumu ve katmanlar arasındaki mekanik etkileşimlerin de rol oynadığı düşünülen bağırsağın şekillendirilmesi gibi gelişimsel süreçlerle de ilgilidir.
Pek çok hipotez başlangıçta umut verici görünür, ancak daha sonra tüm deneysel kurs boyunca devam edemez. Bu durumda öyle değil, diyor Profesör Coen.
“Boyu su bitkimizdeki titrek dokuya ilk bakış heyecan vericiydi çünkü bunu görür görmez neler olup bittiğine dair bir fikrimiz vardı. Ancak en büyük heyecan, fikri tamamen farklı bir sistemde test etmekten geldi.
“Doğa anlaşılması zor. Güzel fikirlerin yüzde doksan dokuzu kritik bir testten geçirildiğinde yüzlerinde başarısız olur. Ancak bazen bir fikir hayatta kalır ve o zaman doğanın size sırlarından birini açıkladığını bilirsiniz,” diyor.
Referans: “Brassinosteroid, bitkilerde hücre duvarı ve doku mekaniği aracılığıyla hücre katmanı etkileşimlerini koordine eder”, Robert Kelly -Bellow, Karen Lee, Richard Kennaway, J. Elaine Barclay, Annabel Whibley, Claire Bushell, Jamie Spooner, Man Yu, Paul Brett, Baldeep Kular, Shujing Cheng, Jinfang Chu, Ting Xu, Brendan Lane, James Fitzsimons, Yongbiao Xue, Richard S. Smith, Christopher D. Whitewoods ve Enrico Coen, 22 Haziran 2023, Science.
DOI: 10.1126/science.adf0752
Çalışma, UKRI/BBSRC tarafından finanse edildi.