Avslöja hemligheterna inom växtsignaleringsvägar: Ny vetenskap om växters stresshantering och kommunikation

StockholmForskare vid Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) har gjort en ny upptäckt om hur växter reagerar på sin omgivning. Tidigare fokuserade forskningen framförallt på hur förändringar i kalciumnivåer inne i växtcellerna påverkar deras stressreaktioner. Nu har de funnit att förändringar i den elektriska laddningen över cellmembranen också spelar en avgörande roll i dessa reaktioner.

För att undersöka detta samband ändrade forskare tobaksplantor så att de producerade speciella jonkanaler kallade kanalrodopsiner. Dessa kanaler, som kommer från alger och mikroorganismer, kunde aktiveras av vissa typer av ljus. Det gjorde det möjligt för forskarna att styra flödet av kalciumjoner in och anjoner ut, vilket hjälpte dem att bättre förstå signaleringsprocesserna.

Nyckelinsikter från forskningen:

• Både kalciuminflöde och membrandepolarisering bidrar till växters stressreaktioner.
• Utflöde av anjoner, som leder till membrandepolarisering, inleder torkresponser genom att producera växthormonet abskisinsyra (ABA).
• Å andra sidan utlöser kalciuminflöde försvarsmekanismer mot rovdjur, åtföljt av produktion av reaktiva syrearter (ROS).

Framgången av denna forskning berodde på att övervinna flera tekniska utmaningar:

1. Möjliggöra att kanalrhodopsiner kan använda vitamin A som kommer från betakaroten i växter.
2. Odla växter under rött LED-ljus för att undvika oavsiktlig aktivering av rhodopsiner.
3. Optimera kanalrhodopsiner för selektiv kalcium- och anjonpermeabilitet.

Läs också:

Idag · 23:07

Ny forskning: Så kan hjärnforskningen bli mer tillförlitlig och förbättra forskningsresultat

År 2021 gjordes viktiga framsteg när det gäller att få växtceller att producera ljusaktiverade kanaler med hög halt av retinal. Experimenten visade att växter med kalciumledande channelrhodopsin XXM 2.0 och den ljusaktiverade anjonkanalen GtACR1 reagerade bra under stressade förhållanden.

Resultaten pekar på viktiga framsteg inom växtbiologi. Att förstå dessa två signalvägar har stor potential för jordbruket. Växter skulle kunna modifieras genetiskt för att bättre hantera miljömässiga och biologiska påfrestningar. Detta skulle göra grödor mer motståndskraftiga mot klimatförändringar och minska behovet av kemiska behandlingar. Genom att förklara växternas jonsignalering banar studien väg för ny forskning som kan förbättra växters motståndskraft och produktivitet.

Upptäckter som dessa kan hjälpa oss att anpassa andra växtarter för att bättre hantera olika stresstillstånd och göra dem mer anpassningsbara till olika miljöer. Forskare är ivriga att fortsätta utforska detta område och hoppas att de kommer att hitta mer detaljerad information om växtbiologi som kan leda till praktiska framsteg inom jordbruket.