Växter känner av skador på grannars rötter – och växer bort

När Julie Ducla påbörjade sitt doktorandprojekt ville hon besvara tre frågor: Kan en växt känna av att roten på en grannväxt har skadats? Vilken signal överför i så fall informationen mellan dem? Och hur reagerar den friska växten?

Sedan tidigare vet forskare att skadade eller infekterade blad kan avge luftburna signaler som påverkar närliggande växter. Betydligt mindre var känt om huruvida rötter kan uppfatta signaler från skadade rötter hos grannväxter.

– Om någon i vår närhet har influensa kanske vi håller lite extra avstånd för att undvika att bli smittade. Växter kan inte förflytta sig från en plats till en annan och de pratar inte med varandra som vi gör. Vi ville veta om de ändå kan känna av när en grannväxts rot skadas och hur de då reagerar, säger Julie Ducla.

Rötter reagerar inom en sekund

Julie Ducla arbetade med små plantor av modellväxten baktrav och placerade dem bredvid varandra. Med hjälp av tvåfotonmikroskopi skadade hon en enda cell i den ena roten med en laser och följde vad som hände i roten hos grannplantan.

– Vi tittade bland annat på kalciumsignaler, som växtceller använder för att snabbt förmedla information om stress, förklarar Julie Ducla. 

– Inom en sekund efter att vi hade skadat cellen såg vi en kalciumsignal i den friska grannroten. Jag blev verkligen förvånad över hur snabbt det gick.

Nästa utmaning var att identifiera signalmolekylen. Forskarna misstänkte protoner – positivt laddade partiklar som gör omgivningen surare när koncentrationen av dem ökar.

För att testa hypotesen samarbetade Julie Ducla med forskare inom organisk elektronik. De använde en organisk elektronisk jonpump som kunde tillföra protoner intill roten utan att samtidigt skapa ett vätskeflöde. På så sätt kunde de testa effekten av protonerna i sig.

– Det var en komplicerad försöksuppställning eftersom vi behövde placera pumpen intill roten på en liten planta utan att röra vid den, säger Julie Ducla. 

– När pumpen utlöste samma reaktion som den skadade roten visste vi att protonerna var signalen.

Reaktionen syns även i jord

Reaktionen verkar dessutom inte vara begränsad till samma art. En rot från baktrav reagerade med en liknande kalciumsignal när den placerades intill en skadad tomatrot.

Förutom den snabba kalciumsignaleringen såg forskarna också förändringar i aktiviteten hos gener kopplade till stress och försvar. De såg dessutom en tydlig effekt på rötternas tillväxt.

– Det som förvånade mig mest var att se rötterna växa bort. Vi hade identifierat signalen och såg sedan också att den friska roten ändrade växtriktning, säger Julie Ducla.

De flesta försöken utfördes i ett genomskinligt, geléliknande odlingsmedium där de små rötterna enkelt kunde studeras i mikroskop. Men rötter växer normalt inte i genomskinlig gel utan i jord, där det är betydligt svårare att använda mikroskopi.

Jord släpper igenom väldigt lite ljus. Dessutom kan vissa ämnen i jorden själva lysa när de belyses i mikroskopet och störa de signaler som forskarna vill avbilda.

– Det är väldigt, väldigt svårt att avbilda någonting i jord, förklarar Julie Ducla. 

– Vi var tvungna att utveckla en ny metod och kunde då visa att även i jord reagerar en frisk rot på en skadad rot från en grannväxt.

Julie Ducla menar att resultaten också ger ett bredare perspektiv på växters stressreaktioner.

– Vi fokuserar ofta på den stressade växten, men det är också viktigt att titta på vad som händer runt omkring den och hur grannväxter påverkar varandra, säger Julie Ducla.