När aspar utsätts för torka ändrar cellerna i bladen form

Dessa celler finns i bladets yttersta cellager och har olika form hos olika växtarter. Forskarna vet fortfarande inte helt hur cellerna hos vissa arter utvecklar så komplexa former – eller varför. Det är en fråga som Stéphanie Robert och hennes forskargrupp vid Umeå Plant Science Centre länge har intresserat sig för.

En stor del av deras forskning har fokuserat på de pusselbitsformade cellerna i bladens ytskikt hos modellväxten backtrav, Arabidopsis thaliana. Forskarna upptäckte att asp bildar liknande pusselbitsformade celler men på ett annat sätt. I den nya studien, som publicerats i New Phytologist, ville de ta reda på vad som styr cellernas form hos asp.

– När ett blad växer byggs ett tryck upp inuti cellerna som pressar mot cellväggarna, förklarar Stéphanie Robert, professor vid SLU och ansvarig för studien. 

– Pusselbitsformen hjälper till att hålla vävnaden intakt. Men vi förstår fortfarande inte helt vad som styr detta komplexa mönster.

På jakt efter vad som styr formen

För att ta reda på det använde forskarna den svenska aspsamlingen, som består av genetiskt olika aspar från olika platser i Sverige. De tog mikroskopbilder av hundratals blad, ritade av cellernas konturer och använde datorprogram för att analysera deras form.

Arbetet tog flera år och visade stora variationer i cellform mellan de olika asparna. Genom att kombinera dessa mätningar med genetisk information från träden identifierade forskarna en gen som stack ut: MYB305a. De undersökte sedan genen närmare och bekräftade att den bidrar till att styra cellernas form hos asp.

MYB305a innehåller instruktionerna för att bilda en transkriptionsfaktor, ett protein som kan styra aktiviteten hos andra gener. Gener som liknar MYB305a är kända för att vara inblandade i hur växter reagerar på torka. Det fick forskarna att undersöka om även MYB305a reagerar när aspar utsätts för torka.

– När vi tittade på blad från torkbehandlade träd i mikroskop såg vi en mycket stark fluorescens. Vi använde en fluorescerande markör för att följa när MYB305a är aktiv, så den starka signalen visade att genen hade blivit mycket mer aktiv. Det var ett väldigt spännande ögonblick, säger Siamsa Doyle, som delar förstaförfattarskapet till artikeln med Sijia Liu.

Torkan påverkade också cellernas form. I fullt utvecklade blad blev cellerna rundare och utvecklade färre av de lober som ger dem deras karakteristiska pusselbitsform.

Formen förändras när vattnet blir knappare

Varför cellerna ändrar form under torka är ännu inte klarlagt, men det kan hänga samman med vattnets betydelse för växters tillväxt. När vatten strömmar in i en växtcell uppstår ett tryck mot cellväggen som hjälper cellen att expandera. Förändringar i tillgången på vatten kan därför påverka de mekaniska krafter som verkar på växande celler.

– När det blir ont om vatten kan trycket inuti cellerna och de mekaniska krafter som verkar på dem förändras. Våra resultat tyder på att även cellernas form kan förändras som svar på detta, säger Stéphanie Robert.

Forskarna vill nu förstå mer om hur MYB305a påverkar cellernas form. De vill identifiera andra gener som är inblandade i processen och förstå hur de samverkar med MYB305a. I slutändan hoppas de kunna förstå varför cellerna ändrar form när det blir ont om vatten – och vad denna förändring innebär för växten.