Växter kan inte springa undan när vinden tilltar, regnet piskar eller en växtätare med slöa ögon och glupande aptit börjar tugga på deras blad. I stället måste de känna av sin omgivning och anpassa sig. Nu har forskare hittat en viktig pusselbit kring vad som egentligen händer i växter när de utsätts för beröring, skador eller stimuli.
Genom att utsätta växten backtrav (Arabidopsis thaliana) – ett korsblommigt litet ogräs som är släkt med senap och kål – för olika former av mekanisk stimulering kunde forskarlaget visa att en kedja av tre specifika proteiner aktiveras. Dessa proteiner, så kallade MAP-kinaser, blir aktiva inom ungefär en minut och skickar sedan signaler som påverkar aktiviteten hos hundratals gener och bidrar till förändringar i växtens tillväxt.
– Vi har vetat i mer än 25 år att mekanisk stimulering aktiverar MAP-kinaser, men en viktig del av pusslet har saknats: vad som sätter i gång signalen och hur den kopplas till växtens fortsatta utveckling. Nu har vi identifierat den signalvägen, säger Olivier Van Aken, biologiforskare vid Lunds universitet.
Proteinorienterad dominoeffekt
Forskarna har kombinerat genetiska, molekylära och storskaliga analyser av genaktivitet och proteiner för att följa vad som händer i växten efter mekanisk stimulering. Studien visar att proteintyperna MAPKKK3/4/5, MKK4/5 och MPK3/6 fungerar som en central signalväg. Den aktiveras snabbt efter mekanisk stimulering, likt en proteinorienterad dominoeffekt, och styr en stor del av växtens tidiga svar på beröring.
Studien visar också att signalvägen påverkar hur växter växer när de utsätts för upprepad mekanisk påverkan. Fenomenet kallas tigmomorfogenes och innebär att exempelvis återkommande vind eller angrepp från växtätare och insekter kan förändra växtens tillväxt och form.
– Det är slående att en signal som startar i växten inom ungefär en minut kan få så omfattande effekter, säger Huy Cuong Tran, biologiforskare vid Lunds universitet och försteförfattare till studien.
Resultaten ger ny kunskap om hur växter uppfattar och anpassar sig till sin fysiska omgivning. På längre sikt kan forskningen bidra till en bättre förståelse av hur växter hanterar mekanisk stress och hur deras miljö påverkar tillväxt och motståndskraft. Det är dock fortfarande grundforskning. Innan resultaten kan omsättas i praktiskt jordbruk krävs ytterligare studier. Pågående forskning visar dock lovande resultat, exempelvis att kontrollerad valsning av spannmål kan skydda växterna från liggsäd och torka.
– Växter kan verka stillastående och passiva, men de registrerar hela tiden vad som händer omkring dem. Genom att förstå de molekylära mekanismerna bakom den här typen av signaler kan vi bättre förstå hur växter anpassar sig till sin miljö och hur de klarar förändrade förhållanden som exempelvis klimatförändringar, säger Viktor Johansson, doktorand vid Lunds universitet.
Förutom Lunds universitet har följande lärosäten medverkat i arbetet: Ghent University/VIB, Université Paris-Saclay och Cairo University.
Studien har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Nature Communications: ”A sequential MAP kinase cascade regulates mechanical signalling”