一种植物最喜欢的食物的方式:发现植物如何使其对营养成分变化的根本增长

拟南芥根尖增长

像任何其他植物一样,拟南芥或鼠标耳水芹,需要氮气生存和茁壮成长。但像玉米,豆类和甜菜一样,它喜欢硝酸盐形式的氮,在硝酸盐土壤上生长更好。但是,杉木和水稻例如优先生长在铵营养上,另一种形式的关键态营养素氮。如果浓度或不同形式的氮气波动的可用性,植物必须快速适应。“最重要的问题是,植物激素在适应氮可用性方面的作用是什么?植物内的机器如何应对他们不断变化的环境?“询问伊娃·本科,发展生物学家和科学技术研究所(IST)奥地利教授。

找到平衡

寻找答案,博士·本科研究团队的博士·Ötvös和奥地利智利浩瀚的天主教大学,奥地利理工学院和蒙彼利埃大学的同事一起看着两个极端:一旦科学家将它们转移到含有铵或硝酸铵的培养基,他们将如何将完全生长的拟南芥幼苗进行比较。

拟南芥根尖比较

图为细胞长度,相对植物素含量和PIN2制造素转运蛋白在补充有氨基铵与硝酸铵的亚洲动物根尖中的相邻小区文件之间的PIN2 AUXIN转移器的定位的差异。信用:KrisztinaÖtvös/ Ist奥地利

如果植物在次优土壤中生活,它试图保持其根系生长,尽可能长时间达到更合适的氮形式。保持根系生长的主要方法是分类中的细胞增殖,由未分化的细胞和细胞扩张组成的植物组织。该工厂必须在这两个之间找到良好的平衡。提供铵,氮拟南芥的形式不如此喜欢,Cress的共聚区产生较少的细胞。相反,它们很快伸长。“一旦我们将植物移动到硝酸盐,突然,统一性变得越来越大,产生更多细胞,并且细胞扩张中存在不同的动力学,”Benková说。“现在拟南芥可以提供更多的能量进入细胞划分并以不同的方式优化其根系生长。”

控制激素流量

植物是否投资细胞增殖或细胞伸长率被养肝水平指导。这种植物激素对于所有发育过程至关重要。它以非常受控的方式从一个细胞到接下来的特殊养肝转运蛋白运输。控制植物素迁移出细胞的蛋白质,所谓的流出载体,根据它们坐在的电池的哪一侧调节养蛋白的流动。Benková和她的团队特别感兴趣的是助线传输销Pin2,它在根尖处介导养羊酸的流动。研究人员能够将PIN2识别为在细胞分裂和细胞伸长之间建立平衡的主要因素。“我们观察到,一旦我们将工厂移动到硝酸盐上,Pin2的定位变化。由此,它改变了蟾蜍的分布。“


该视频捕获补充有铵与硝酸铵的拟南芥根尖的生长。信用:KrisztinaÖtvös/ Ist奥地利

另一方面的PIN2的活性受其磷酸化状态的影响。“我们真正令人惊讶的是,我们的一种修饰,这种大蛋白质如流出载体的磷酸化可以对根系行为具有如此重要的影响,”Benková补充说。此外,氨基作为磷酸化靶的Pin2存在于许多不同的植物物种中,表明PIN2可能普遍参与改变氮源的其他植物物种适应策略。在下一步中,研究人员希望了解控制磷酸化状态变化的机器。

非常近的外观

“目前的研究是从细胞生物学家和计算机科学家的许多不同人输入在先进的显微镜中工作的结果。它真的是一个多学科方法,“EvaBenková强调。例如,为了仔细看看拟南芥中的过程,例如,生物学家使用垂直共聚焦显微镜 - 一种尤其适用于IST奥地利的工具,以满足研究人员的需求。代替微量阶段显微镜使用垂直的阶段,这使您可以观察到植物增长自然地 - 沿着重力因子。凭借其高分辨率Benková和她的团队能够观察拟南芥中的细胞在拟南芥中的细胞是如何实时划分和扩展。在以前的项目中,IST奥地利的研究人员在运动视频竞赛中获得了尼康的小世界,显示了在显微镜下的rapidopsis拟南芥的生长根尖的实况跟踪。

Reference: “Modulation of plant root growth by nitrogen source‐defined regulation of polar auxin transport” by Krisztina Ötvös, Marco Marconi, Andrea Vega, Jose O’Brien, Alexander Johnson, Rashed Abualia, Livio Antonielli, Juan Carlos Montesinos, Yuzhou Zhang, Shutang Tan, Candela Cuesta, Christina Artner, Eleonore Bouguyon, Alain Gojon, Jirí Friml, Rodrigo A. Gutiérrez, Krzysztof Wabnik and Eva Benková, 5 January 2021,盟军杂志
DOI:10.15252 / EMBJ.2020106862

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