Un sistem sintetic dezvăluie cum hormonul vegetal gibberelină coordonează creșterea rădăcinii
Hormonii vegetali influențează creșterea și dezvoltarea acționând asupra unor celule și țesuturi specifice, însă stabilirea precisă a locului și momentului în care un hormon trebuie să acționeze a reprezentat o provocare, deoarece tratamentele hormonale convenționale activează de obicei semnalizarea în întreaga plantă. Gibberelina (GA) este un hormon vegetal important care stimulează diviziunea și alungirea celulelor și este implicată în creșterea rădăcinilor și a tulpinilor.
Studii anterioare au arătat că semnalizarea GA în endoderm, un strat celular interior al rădăcinii, este importantă pentru alungirea rădăcinii. Cu toate acestea, modul în care semnalizarea GA din diferite straturi celulare ale rădăcinii contribuie la creștere și felul în care aceste semnale sunt coordonate între țesuturi au rămas neclare.
Pentru a investiga aceste întrebări, o echipă de cercetare condusă de profesorul Masayoshi Nakamura de la Universitatea Saitama și de studentul doctorand Yuichiro Yagami de la Universitatea Nagoya, în colaborare cu cercetători de la RIKEN și de la Universitatea Heinrich Heine din Düsseldorf, a dezvoltat un sistem sintetic care permite oamenilor de știință să controleze când și unde hormonul vegetal gibberelină își activează calea de semnalizare. Studiul a fost publicat online în Nature Plants sub titlul „Synthetic activation of gibberellin signalling reveals spatial coordination of root growth”.
Direcționarea semnalizării GA către celule specifice
Grupul de cercetare a dezvoltat un sistem artificial care combină un GA sintetic (sGA), ce nu este recunoscut de receptorii endogeni ai GA, cu un receptor GA modificat (mGID1) care recunoaște specific sGA. Prin exprimarea mGID1 în straturi celulare specifice ale rădăcinilor de Arabidopsis thaliana și prin aplicarea sGA, cercetătorii au putut activa selectiv semnalizarea GA în celulele care exprimă mGID1. Deoarece și momentul aplicării sGA poate fi controlat, sistemul oferă atât control spațial, cât și temporal al semnalizării GA.
Creșterea rădăcinii se bazează pe două straturi celulare
Folosind acest sistem, cercetătorii au descoperit că alungirea rădăcinii necesită o semnalizare GA coordonată în două straturi celulare distincte, endodermul și epidermul. Activarea semnalizării GA în oricare dintre aceste straturi a stimulat alungirea rădăcinii, în timp ce activarea în cortex nu a fost suficientă pentru a stimula alungirea. Activarea simultană în endoderm și epiderm a dus la o alungire a rădăcinii mai pronunțată decât activarea într-un singur strat.
Cercetătorii au examinat și distribuția spațială a enzimelor implicate în biosinteza GA. Locurile în care a fost detectată activitatea de biosinteză a GA nu au coincis întotdeauna cu straturile celulare în care semnalizarea GA a stimulat creșterea rădăcinii. În special, o enzimă de biosinteză a GA a fost detectată în cortex, în timp ce semnalizarea GA în epiderm a stimulat alungirea rădăcinii, deși în acest strat nu a fost detectată nicio enzimă de biosinteză a GA. Aceste constatări indică faptul că GA bioactivă se poate deplasa între celule, de la locurile de sinteză către locurile în care semnalizarea GA stimulează creșterea.
Spre un control al creșterii plantelor specific țesuturilor
Noul sistem sGA-mGID1 oferă o modalitate de a manipula semnalizarea hormonală a plantelor cu control atât spațial, cât și temporal. El face posibilă întrebarea nu doar dacă un hormon este necesar pentru un proces biologic, ci și când și unde trebuie să aibă loc semnalizarea sa. Constatările arată că creșterea rădăcinii este coordonată prin semnalizarea GA în țesuturi distincte ale rădăcinii, mai degrabă decât controlată de un singur strat celular.
Într-o perspectivă mai largă, această abordare oferă un cadru experimental nou pentru investigarea modului în care hormonii vegetali acționează în diferite țesuturi și a modului în care semnalizarea hormonală coordonată spațial controlează creșterea și dezvoltarea plantelor. În viitor, astfel de abordări ar putea contribui la strategii de control al creșterii plantelor în funcție de țesut sau organ, cu aplicații potențiale în ameliorarea culturilor și în cultivarea mai eficientă.
