Jak rosną rośliny? To nie takie proste

Naukowcy odkryli 50-letnią tajemnicę wzrostu roślin. Auksyny głównym aktorem

Od 50 lat naukowcy wiedzieli, że wzrost wszystkich roślin zależy od cząsteczek znanych jako auksyny. Do tej pory nie było jasne, w jaki sposób auksyny przemieniają pojedyncze komórki w coś takiego, jak drzewo. Aż do teraz.

Auksyny to grupa substancji chemicznych zaliczanych do hormonów roślinnych. Stymulują ich wzrost oraz wpływają na kształtowanie się owoców partenokarpicznych (powstających bez żywotnych nasion). Pierwszą odkrytą auksyną jest kwas indolilooctowy (IAA), który jest produkowany w merystemie (rodzaju tkanki roślinnej) wierzchołkowym pędu, młodych liściach, zarodku oraz w małych ilościach w korzeniu. Termin „auksyna” pochodzi od greckiego „auxein”, które oznacza „rosnąć”.

Istnieją dwa główne szlaki wykorzystywane przez auksyny do sterowania wzrostem roślin, a jeden z nich został opisany w Nature.

Jak rosną rośliny?

Komórki roślinne są otoczone sztywnymi ścianami komórkowymi, które składają się z trzech głównych składników: celulozy, hemicelulozy i pektyny. Definiują one kształt komórek roślinnych, tworząc czasami zaskakujące formacje.

Celuloza działa jak pręty zbrojeniowe w wieżowcu, zapewniając szeroką podstawę wytrzymałości. Jest wzmocniona przez łańcuchy hemicelulozy i uszczelniona przez pektynę.

prof. Zhenbiao Yang, botanik z UC Riverside

Naukowcy zadali sobie pytanie: skoro wszystkie komórki są ze sobą ściśle połączone i trzymane przez ściany komórkowe, jak możliwy jest ich wzrost? Jedna z teorii zakłada, że kiedy roślina jest gotowa do wzrostu, auksyna podwyższa ich kwasowość, rozluźniając połączenia między poszczególnymi elementami, pozwalając ścianom zmięknąć i rozszerzyć się. Teoria ta ma już ponad 50 lat, ale do teraz nie było jasne, jak auksyna aktywuje proces zakwaszania.

Prof. Zhenbiao Yang

Zespół prof. Yanga odkrył, że auksyna wzmacnia kwasowość poprzez pompowanie protonów do ścian komórkowych, obniżając ich poziom pH. Z kolei niższe pH aktywuje białko zwane ekspansyną, które rozbija połączenia między celulozą a hemicelulozą, pozwalając komórkom na rozszerzanie się.

Czytaj też: Koniec z lampkami. Czytanie książek ułatwią Wam świecące rośliny

Pompowanie protonów do ściany komórkowej powoduje napływ wody do wnętrza komórki, zwiększając ciśnienie. Jeżeli ściana komórkowa jest wystarczająco luźna, a ciśnienie odpowiednie, komórka rozszerza się – rośnie.

Podobnie jak w balonie, rozszerzanie się zależy od tego, jak grube są ścianki zewnętrzne i jak dużo powietrza wdmuchujesz. Obniżenie pH w ścianie komórkowej może pozwolić wodzie spoza komórki na przemieszczanie się do środka, napędzając ciśnienie turgoru i ekspansję.

prof. Zhenbiao Yang

Rośliny odsłaniają swoje tajemnice

Są dwa mechanizmy, za pomocą których auksyny regulują wzrost. Jeden to wspomniane obniżanie pH, które opisał Yang. Drugi to zdolność do włączania ekspresji genów w jądrze komórek roślin.

Najnowsza praca dr Yanga stanowi znaczący postęp w naszym rozumieniu tego, w jaki sposób auksyna reguluje ekspansję komórek. Wiadomo, że zakwaszenie przestrzeni zewnątrzkomórkowej sprzyja ekspansji komórek, ale nie wiadomo było jak do tego dochodzi. To ekscytujące widzieć, że stary problem został rozwiązany.

prof. Mark Estelle z UC San Diego, biolog niezaangażowany w badania