Forskare avslöjar liknande organutveckling i växter och djur

Ett forskarteam på UPSC lett av Umeåforskaren Hannele Tuominen visar att död av vissa celler i roten är viktig för att sidorötter ska växa. Tidigare antog man att kontrollerad celldöd som är essentiell för tillväxt och utveckling av djurorgan är mindre viktig i växternas organutveckling. Dessa nya resultat tyder på att organbildning i växter och djur inte skiljer sig så mycket. Studien publiceras i dag i tidskriften Current Biology.

I motsats till djur bildar växter fortlöpande nya organ som till exempel sidorötter. Dessa rötter växer ut från huvudroten och hjälper till att utforska jorden efter näringsämnen och att förankra växten i jorden för ytterligare stabilitet. Celldöd är viktig under djurs utveckling, till exempel för bildning av fingrar eller tår. Cellerna mellan fingrar dör under utvecklingsfasen vilket möjliggör etablering av enskilda fingrar. Även i växter inträffar celldöd under utvecklingen men man har inte vetat att det behövs för tillväxt av sidorötterna.

Hannele Tuominen, till slutet av 2019 lektor vid Umeå universitet och nu professor vid SLU, och hennes postdoktor Sacha Escamez har använt olika växtbiologiska metoder för att visa att celldöd inträffar och möjliggör att sidorötter kan växa ut från huvudroten i modellväxten backtrav (Arabidopsis).

– Först upptäckte vi att gener, som indikerar celldöd, aktiverades i celler som ligger över de celler som bildar framtida sidorötter. Det gjorde oss nyfikna och vi bestämde oss för att analysera detta mer detaljerat, säger Hannele Tuominen, tidigare lektor på Institutionen för fysiologisk botanik vid Umeå universitet.

Med hjälp av mikroskopiska tekniker visade forskarna att dessa celler faktiskt dör. Forskarna gick vidare och analyserade därefter en backtravmutant som saknar ett protein som är involverad i reglering av celldöd. Resultaten blev att sidorötter växer ut senare från huvudroten hos denna mutant. Forskarna kunde återställa den normala utvecklingen med hjälp av genetiska och fysikaliska metoder.

Med en genetisk metod förde forskarna in en däggdjursgen som inducerar celldöd i växtmutanten på ett sådant sätt att den bara hittas i de celltyper som de observerade att dö i icke-muterade växterna. Sidorötterna hos den resulterande dubbla mutanten växte normalt utan fördröjning.

Parallellt använde sig forskarna av den så kallade optiska pincetten för att inducera celldöd. Pincetten har en mycket exakt laserstråle som kan användas för att manipulera mikroskopiskt små objekt.

– Vi använde verktyget för att skada enskilda celler i växten. Tre timmar efter att vi skadat cellerna dog de. När vi använde denna metod på mutanten med försenad sidoröttertillväxt, växte deras sidorötter betydligt snabbare, säger Sacha Escamez, postdoktor på Institutionen för fysiologisk botanik vid Umeå universitet.

Studien är ett internationellt samarbete med deltagande forskare från Umeå universitet, Israel, Tyskland och Storbritannien.

Om artikeln:

Sacha Escamez, Domenique André, Bernadette Sztojka, Benjamin Bollhöner, Hardy Hall, Béatrice Berthet, Ute Voß, Amnon Lers, Alexis Maizel, Magnus Andersson, Malcolm Bennett and Hannele Tuominen (2020). Cell death in cells overlying lateral root primordia facilitates organ growth in Arabidopsis. Current Biology.

https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(19)31580-5

För mer information, kontakta gärna:

Hannele Tuominen, Institutionen för fysiologisk botanik
Umeå Plant Science Centre
Umeå universitet
E-post: hannele.tuominen@umu.se
Telefon: +46 90 786 9693
Twitter: @hanneletuominen

https://www.upsc.se/hannele_tuominen

Sacha Escamez, Institutionen för fysiologisk botanik
Umeå Plant Science Centre
Umeå universitet
E-post: sacha.escamez@umu.se
Twitter: @SachaEscamez