Znanstvenici rješavaju 50-godišnji misterij iza rasta biljaka
Tim istraživača pod vodstvom UC Riversidea je po prvi put pokazao jedan način da mala molekula pretvara jednu stanicu u nešto veliko poput stabla. Već pola stoljeća znanstvenici znaju da sve biljke ovise o ovoj molekuli, auksinu, kako bi mogle narasti. Do sada nisu točno razumjeli kako auksin pokreće rast.
Riječ auksin potječe od grčke riječi "auxein", što znači "rasti". Postoje dva glavna puta koja auksin koristi za organiziranje rasta biljaka, a jedan od njih je sada opisan u novom članku časopisa Nature. Biljne stanice obložene su staničnim stijenkama poput ljuske, čiji primarni sloj ima tri glavne komponente: celulozu, hemicelulozu i pektin.
"Celuloza djeluje poput armature u visokom usponu, pružajući široku bazu snage. Ojačana je hemiceluloznim lancima i zapečaćena pektinom", rekao je profesor botanike UCR-a i voditelj istraživačkog tima Zhenbiao Yang.
Ove komponente definiraju oblik biljnih stanica, što ponekad rezultira iznenađujućim formacijama poput stanica epiderme lista u obliku slagalice koje Yang proučava posljednja dva desetljeća. Ovi oblici pomažu čvrsto zalijepiti stanice i pružaju fizičku snagu biljkama protiv elemenata kao što je vjetar. Kako je sve tako čvrsto zaključano staničnim zidovima, kako su kretanje i rast mogući?
Jedna teorija tvrdi da kada su biljke spremne za rast, auksin uzrokuje da njihove stanice postanu kisele, labaveći veze između komponenti i dopuštajući zidovima da omekšaju i prošire se. Ova teorija je predložena prije pola stoljeća, ali kako auksin aktivira zakiseljavanje do sada je ostala misterija.
Yangov je tim otkrio da auksin stvara tu kiselost pokrećući pumpanje protona u stanične stijenke, snižavajući njihovu pH razinu. Niži pH aktivira protein, ekspansin, prikladno nazvan jer razbija veze između celuloze i hemiceluloze, dopuštajući stanicama da se šire.
Pumpanje protona u staničnu stijenku također pokreće unos vode u stanicu, stvarajući unutarnji tlak. Ako je stanična stijenka dovoljno labava i postoji dovoljan pritisak unutar stanice, ona će se proširiti.
"Poput balona, ekspanzija ovisi o tome koliko su vanjski dijelovi debeli, u odnosu na količinu zraka u koju upuhujete", objasnio je Yang. "Smanjenje pH u staničnoj stijenci može dopustiti da voda izvan stanice krene unutra, potičući turgorski tlak i ekspanziju."
Postoje dva poznata mehanizma pomoću kojih auksin regulira rast. Jedno je snižavanje pH vrijednosti koje je opisao Yangov tim. Druga je sposobnost auksina da uključi ekspresiju gena u jezgri biljnih stanica, što zauzvrat povećava količinu ekspanzije i drugih čimbenika koji reguliraju rast u stanici.
Potonji mehanizam također snižava pH stanice i olakšava rast. Profesor stanične biologije UC San Diego Mark Estelle vodeći je autoritet u ovom području. On je otkrio i istražuje ovaj drugi mehanizam.
"Nedavni rad dr. Yanga predstavlja značajan napredak u našem razumijevanju kako auksin regulira staničnu ekspanziju. Poznato je da zakiseljavanje izvanstaničnog prostora potiče širenje stanica, ali nije bilo poznato kako se to događa", rekao je Estelle.
Malo je reći da auksin jednostavno "doprinosi" rastu biljaka. Neophodan je za gotovo svaki aspekt rasta i razvoja biljke, uključujući aspekte koji su važni za poljoprivredu kao što su razvoj voća, sjemena i korijena, grananje izbojaka i formiranje listova. Čak i ispravni odgovori biljke na gravitaciju i svjetlost ovise o auksinu kako bi se osiguralo da korijenje ide prema dolje dok izbojci rastu prema svjetlu.
Ne samo da bi dublje razumijevanje auksina moglo koristiti poljoprivredi i proizvodnji obnovljive energije, moglo bi jednog dana utjecati i na medicinu. "Razumijevanje načina na koji funkcionira osnovna biologija može na kraju imati utjecaja na ljudsko zdravlje", rekao je Yang. "Kako se naše znanje širi, možemo naučiti da su procesi u ljudima analogni."
Izvor: Nature