Proteinet som hjälper plantor att räta på sig

Det är en tuff start för en liten planta. För att överleva måste den snabbt nå ljuset och börja fotosyntesen innan energin i fröet tar slut. Under jord skyddar plantan sin känsliga topp - där de unga bladen finns - genom att böja skottet till en krok. Men när den bryter igenom jordytan behövs inte längre detta skydd. Då rätar plantan ut sig och lyfter sin skottspets mot ljuset. 

- Öppningen av den så kallade apikala kroken är ett avgörande och dynamiskt steg i plantans tidig utveckling och vi vet fortfarande ganska lite om hur det går till, säger Stéphanie Robert, professor vid Sveriges lantbruksuniversitet och gruppledare vid Umeå Plant Science Centre. 

- Vi ville förstå hur plantan styr tidpunkten och precisionen i denna upprätning – vilka signaler som är inblandade och om det finns okända komponenter som spelar en roll. 

Forskargruppen, ledd av Stéphanie Robert, bestod av experter inom biologi, kemi, biokemi och beräkningsbiologi. Tillsammans valde de en ganska ovanlig metod för att studera växtens utveckling: de testade tusentals kemikalier för att se hur dessa påverkade krokens utveckling och öppning. En av föreningarna visade sig bromsa öppningsprocessen. Genom att analysera hur denna kemikalie interagerade med växtens proteiner upptäckte forskarna att den band till proteinet RACK1A.  

En ny roll för ett känt protein 

- Med hjälp av dessa metoder kunde vi visa att RACK1A är involverat i öppningen av den apikala kroken. Proteinet var känt sedan tidigare, men denna funktion var helt ny, berättar Siamsa Doyle, forskare i Stéphanie Roberts forskargrupp och en av de tre försteförfattarna till studien. 

- Vi visade att RACK1A hjälper plantan att räta ut sig genom att påverka celltillväxten på ett asymmetriskt sätt med hjälp av auxin. 

Auxin är ett växthormon som länge varit känt för sin roll i att styra differentierad tillväxt – alltså när celler på ena sidan av ett organ växer snabbare än på den andra, vilket gör att organet böjs eller formas på ett visst sätt. Eftersom växter inte kan flytta sig, måste de istället anpassa sin tillväxt för att rikta blad och blommor mot ljus eller bort från värme. Denna förmåga att forma och rikta sina organ under utvecklingen eller som svar på miljöutmaningar drivs av just differentierad tillväxt.

I den unga plantan samlas auxin på ena sidan av skottets spets, vilket bromsar celltillväxten där. Samtidigt växer cellerna på motsatt sida vidare, vilket skapar den krokformade böjen. Så länge denna ojämna fördelning av auxin kvarstår, behåller plantan sin krok. Forskarna har nu visat att RACK1A motverkar denna ansamling av auxin, vilket gör att tillväxten jämnas ut och plantan rätar upp sig. 

Den apikala kroken – en kraftfull modell för att förstå växternas tillväxt

- Den apikala kroken är en fantastisk modell för att studera hur växter formar sig, säger Stéphanie Robert. 

- Det är en enkel struktur där vi kan följa hur celler och vävnader samverkar för att skapa form. Den här typen av tillväxt är helt avgörande för växters utveckling och vi har fortfarande mycket kvar att upptäcka om denna fascinerande och viktiga process.

Projektet var tekniskt krävande och flera postdoktorer som deltog hann gå vidare till andra tjänster innan genombrottet kom i slutskedet av arbetet. Nu planerar forskargruppen att närmare undersöka hur auxin fördelas inne i cellerna och att identifiera andra signaler som påverkar både öppningen och bildningen av den apikala kroken. Målet är att få en djupare förståelse för hur växter reglerar sin form och tillväxt. 

- Det här projektet blev en lång och utmanande resa som involverade många personer, säger Siamsa Doyle. 

- Vi - särskilt de andra två försteförfattarna, Qian Ma och Sijia Liu, båda tidigare postdoktorer i vår grupp, och jag - är väldigt glada att vi äntligen nådde fram. Vi är stolta över våra resultat, men också lättade över att kunna gå vidare!