Puterile de regenerare a plantelor pot ajuta la supraviețuirea climatului

După cum pot atesta mulți grădinari amatori, abilitățile unor plante de a reface părți din ele însele sunt destul de uimitoare. Tăierea unei bucăți de tulpină și plasarea acesteia într-o cană cu apă poate avea ca rezultat o legume cu totul nouă. Dar la nivel microbiologic, botaniștii au descoperit că, ca răspuns la aceste tăieturi, plantele aleg între două răspunsuri: regenerare și apărare. Un nou studiu publicat în Celula de dezvoltare explorează dacă flora ar putea fi îndreptată spre regenerare, mai degrabă decât spre apărare, pentru a ajuta la stimularea creșterii rapide.

Când o plantă este rănită într-un fel, are multe modalități de a se fixa sau de a se proteja folosind substanțele chimice din corpul său. Dar, după cum subliniază autorii studiului, acest răspuns se află de obicei între cei doi. De exemplu, o plantă individuală ar putea fie să-și recrească membrul rupt, fie să se păzească prin producerea de toxine care alungă animalele.

Pentru a distinge dacă aceste două reacții au loc în succesiune sau dacă apărarea vine întotdeauna înainte de regenerare, cercetătorii au încercat să manipuleze biologia plantelor pentru a se balansa într-o singură direcție. Modificând răspunsurile chimice, ei au încercat să obțină timpul necesar Arabidopsis thaliana iar porumbul s-ar concentra pe regenerare.

[Related: The bizarre botany that makes corn a fruit, a grain, and also (kind of) a vegetable]

Potrivit lui Kenneth Birnbaum, profesor de biologie la Universitatea din New York și unul dintre autorii studiului, munca a început cu câteva întrebări centrale. De unde știe o plantă că este rănită? Și ce pași timpurii conectează o leziune cu regenerarea? Pentru a aborda aceste întrebări, echipa sa s-a concentrat pe ADN-ul plantei în sine pentru a vedea cum se schimbă în primele ore după rănire.

Prin concentrarea pe dicotiledone, o varietate de plante cu două tulpini ca Arabidopsis, și monocotiledone, care au o tulpină ca porumb, biologii au reușit să ofere rezultate pentru cele două tipuri principale de plante. Cercetătorii au început cu Arabidopsis, sau cresonul thale, care este un regenerator solid și un instrument de laborator popular pentru microbiologi (a fost prima plantă care a avut vreodată întregul genom secvențial). De asemenea, are rădăcini subțiri, transparente, distanțate, care facilitează analiza, spune Lieven De Veylder, profesor de biotehnologie a plantelor la Universitatea Ghent din Belgia, care nu a fost implicat în studiu.

Birnbaum a descoperit că proteinele asemănătoare receptorului glutamat al plantelor au început să-și intensifice mecanismul de apărare, aproape ca și cum s-ar fi pregătit pentru luptă, spune el. Aceste molecule, care sunt analoge cu receptorii de glutamat găsiți în creierul uman, simt aminoacizii pentru metabolism și în alte scopuri. Ele alimentează, de asemenea, sistemul de apărare al unei plante atunci când este rănită.

Proteinele asemănătoare receptorilor de glutamat din plante funcționează prin inundarea de calciu în celule, ceea ce le spune micilor cai de muncă să acționeze rapid atunci când apărarea lor a fost încălcată de agenți patogeni precum bacteriile sau ciupercile. În timp ce cercetătorii au crezut inițial că calciul semnala celulelor să înceapă regenerarea, au descoperit că celulelor li se spunea de fapt să mărească apărarea.

Birnabaum spune că anterior au presupus că ambele răspunsuri erau indisolubil legate între ele. Dar, manipulând receptorii din acest studiu, ei au descoperit că plantele își pot separa efectiv reacțiile.

Pentru a testa acest lucru, autorii au activat receptorii prin două procese diferite. O metodă a implicat utilizarea unui receptor manipulat genetic la care a lucrat José Feijó de la Universitatea din Maryland. Cercetătorii au comparat răspunsul la prejudiciu al plantelor obișnuite cu mostrele cărora le-au fost modificate patru dintre genele proteice asemănătoare receptorilor de glutamat pentru a le suprima reacția. Ca rezultat, planta „mutant cvadruplu” a demonstrat o creștere a regenerării.

Dar lucrul cu mutații genetice vine cu o mulțime de necunoscute, spune Birnbaum. Deci, pentru a-și confirma descoperirile, echipa a folosit un tratament chimic adaptat din cercetările neurobiologice umane pentru a inhiba răspunsurile receptorilor plantei.

Birnbaum a descoperit că, prin oprirea chimică a receptorilor de a trimite calciu, aceștia au fost capabili să reducă răspunsul de apărare și să mărească răspunsul de regenerare pentru o perioadă scurtă de timp. peste ambele Arabidopsis și porumb, timpul de regenerare s-a dublat. Succesul regenerării a fost măsurat prin teste precum capacitatea de a recrește rădăcinile sau o structură de celule stem numită calus.

Dar cel mai mare test a fost acela de a vedea dacă inhibarea receptorilor va funcționa atât la monocotiledone, cât și la dicotiledone. „Spre surprinderea noastră, în multe feluri, au lucrat la fel de bine în ambele divizii”, spune Birnbaum. Pentru el, asta înseamnă că semnalizarea de apărare funcționează în același mod pentru soiurile de plante.

„Este un fel de a vedea ceva care se păstrează între, să zicem oameni și păsări”, notează el.

Teoretic, capacitatea de a crește regenerarea ar putea fi folosită pentru a crește rezistența culturilor esențiale împotriva schimbărilor climatice. Deoarece un procent mare din culturi precum porumbul sau zahărul sunt deja modificate genetic, aceasta ar fi doar o altă modalitate de a le modifica pentru a le îngreuna, spune Birnbaum.

[Related: Is it okay to eat GMOs? Scientists say ‘yes.’]

Problema este că unele dintre cele mai importante culturi, cum ar fi porumbul și sorgul, sunt relativ proaste la regenerare. Creșterea timpului de regenerare pentru aceste plante le-ar permite să se facă mai bine în cazul în care se confruntă cu mai multe daune.

De Veylder observă că există multe motive posibile, inclusiv diferențe de compoziție celulară, care ar putea face porumbul mai greu de regenerat. În comparație cu copacii, el spune că există multe specii care nu se pot regenera după ce au suferit răni. Dacă s-ar schimba, totuși, oamenii ar putea culege multe beneficii: biodiversitate sporită, recolte mai abundente, mai puțină insecuritate alimentară și captură și mai eficientă a carbonului.

Dar De Veylder avertizează, de asemenea, împotriva sărituri, mai ales în ceea ce privește extrapolarea acestor constatări la alte tipuri de culturi. „Majoritatea oamenilor încearcă doar să înțeleagă componentele de care aveți nevoie pentru inovare”, spune el. „Cred că este încă devreme. Oamenii vor mai întâi să aibă cutia de instrumente înainte de a intra în culturi.”

Leave a Comment