Znajdź zawartość

Rośliny umieją rozpoznać rodzeństwo, a uczeni z University of Delaware zidentyfikowali mechanizm, dzięki któremu to robią. Tajemnica tkwi, i to dosłownie, w korzeniu i wydzielanych przez niego substancjach (Communicative & Integrative Biology). W 2007 roku zespół Susan Dudley z McMaster University zauważył, że po umieszczeniu w jednej doniczce sadzonki rukwieli (Cakile edentula) potrafią rozpoznać spokrewnione i obce osobniki. Z "nieznajomymi" zaczynają konkurować, na rodzeństwo, czyli rośliny pochodzące od tej samej rośliny macierzystej, zwracają natomiast większą uwagę i zostawiają mu więcej miejsca na rozrost korzeni. Prof. Harsh Bais z Delaware przeprowadził wiele badań na temat roślinnych systemów sygnałowych. Kiedy przeczytał opis kanadyjskiego studium, postanowił rozpracować mechanizm identyfikacji rodzeństwa. Rośliny nie mają widocznych znaczników, nie mogą też uciec z miejsca, gdzie zostały posadzone lub zasiane. Należało więc poszukać bardziej złożonych wzorców rozpoznawania. Bais i doktorantka Meredith Biedrzycki badali dziką populację rzodkiewnika pospolitego (Arabidopsis thaliana). Nie zdecydowano się na rośliny hodowane w laboratorium, bo te częściej są ze sobą spokrewnione. W serii eksperymentów młode sadzonki wystawiano na oddziaływanie płynnego podłoża zawierającego wydzieliny korzeni osobników "swoich" i "obcych" lub jedynie ich własne. Mierzono długość korzeni bocznych i hypokotylu – części podliścieniowej, stanowiącej strefę przejściową między korzeniem a łodygą. W jednym z eksperymentów para badaczy hamowała wydzielnictwo korzeniowe za pomocą ortowanadanu sodu, nie wpływając przy tym negatywnie na sam wzrost korzenia. Jak można się było spodziewać, kontakt z wydzielinami niespokrewnionych roślin powodował silniejszy wzrost korzeni bocznych niż kontakt z wydzielinami rodzeństwa. Po podaniu ortowanadanu sodu rozpoznawanie obcych zostało zniesione. Zajmowanie się korzeniami ponad 3 tysięcy rzodkiewników to prawdziwa syzyfowa praca. Biedrzycki tłumaczy, że u młodych roślin są one niemal przezroczyste, a po podniesieniu z podstawki często się ze sobą skręcają, więc ich mierzenie przez 7 kolejnych dni nie należało do łatwych zadań. Z podobnymi rezultatami studium powtórzono w laboratorium Dudley. Bais podkreśla, że posadzone obok siebie obce osobniki są zazwyczaj niższe, ponieważ dużo energii wkładają w konkurencyjny rozrost korzeni. Jako że z kolei rodzeństwo ze sobą tak nie współzawodniczy, system korzeniowy jest przeważnie o wiele płytszy. Co ciekawe, liście sadzonek spokrewnionych dotykają się i przeplatają, podczas gdy obcy rosną prosto do góry, unikając jakichkolwiek bezpośrednich kontaktów. W przyszłości Bais chce znaleźć odpowiedź na jeszcze kilka pytań. Zastanawia się m.in. nad losem spokrewnionych roślin w dużych monokulturach, np. polach uprawnych.

Kudzu (Pueraria lobata), inaczej ołownik łatkowaty, to szybko rosnące pnącze z rodziny bobowatych, które kiedyś wykorzystywano w USA do zapobiegania erozji gleby. Teraz roślina stała się uciążliwym chwastem i porasta niemal 10 mln akrów gruntu w południowo-wschodnich stanach. Okazuje się jednak, że ekstrakt z jej korzeni stanowi świetny suplement dla ludzi z zespołem metabolicznym (Journal of Agricultural and Food Chemistry). Zespół naukowców z Alabamy i Iowa szukał pod przewodnictwem J. Michaela Wyssa naturalnych substancji, które mogą pomóc chorym i zmniejszą ryzyko wystąpienia miażdżycy, cukrzycy typu 2. oraz powikłań sercowo-naczyniowych. Zdecydowali się na ocenę zawierających izoflawony, np. puerarynę, ekstraktów z korzeni kudzu. Co ciekawe, mieszkańcy Japonii i Chin od dawna zdawali sobie chyba sprawę z prozdrowotnych właściwości rośliny, ponieważ w tych rejonach świata jest ona stosowana m.in. w terapii migreny, nadciśnienia tętniczego czy alergii. Eksperymenty prowadzono na szczurach, które przez 2 miesiące zażywały preparat. Potem porównano stan ich zdrowia z gryzoniami z grupy kontrolnej. Chociaż nad rozszyfrowaniem dokładnego mechanizmu działania trzeba będzie jeszcze popracować, obecne wyniki sugerują, że suplement z korzeni ołownika moduluje poziom glukozy, lipidów i ciśnienie krwi. Ponieważ wydaje się, że nie wywołuje on skutków ubocznych ani nie jest on toksyczny w postaci dietetycznych dawek dla szczurów, warto rozważyć zastosowanie polifenoli kudzu w walce z zaburzeniami metabolicznymi – przekonuje dr Wyss. Uwzględnione w studium zwierzęta wykazywały skłonność do udarów i miały spontaniczne nadciśnienie. Z tego powodu stały się modelem zespołu metabolicznego. Początkowo wszystkie gryzonie przez 2 miesiące "trzymano" na pozbawionej polifenoli diecie. Dopiero potem losowo przypisano je grupy z dietą standardową lub wzbogaconą 0,2% ekstraktem kudzu. Po kolejnych dwóch miesiącach okazało się, że te drugie miały ciśnienie tętnicze o 11-15 mmHg niższe od zwierząt niesuplementowanych. Cholesterol całkowity spadł aż o 50%, a stężenie glukozy na czczo było o 20-30% mniejsze niż u szczurów kontrolnych. Wyss i współpracownicy uważają, że ekstrakt z korzeni ołownika łatkowatego może regulować poziom glukozy w osoczu, oddziałując na ekspresję transporterów glukozy, np. SGLT-1 i GLUT-2, w jelicie. Inna możliwość jest taka, że izoflawony aktywują receptor PPAR-gamma, który odgrywa kluczową rolę w kontroli ekspresji i różnicowaniu genów związanych z tkanką tłuszczową (wpływa np. na różnicowanie się preadipocytów).

Naukowcy z John Innes Centre w angielskim Norwich odkryli sposób, w jaki korzenie "odnajdują drogę" w glebie podczas wzrostu. Odkrycie, którego szczegóły opublikowane zostanie w najbliższym numerze czasopisma Science, tłumaczy także, w jaki sposób kiełki wypuszczają korzenie wciąż w dół i nie zostają jednocześnie wypchnięte do góry. Kluczowe dla tego procesu są miniaturowe włoski, rosnące na korzeniu - tłumaczy profesor Liam Dolan. Dodaje: Zidentyfikowaliśmy mechanizm kontrolny, który umożliwia tym włoskom odnalezienie w glebie 'wolnej drogi' oraz wydłużanie się właśnie w tym kierunku. Korzenie penetrują glebę w taki sam sposób, w jaki porusza się człowiek po ciemku - bada otoczenie dotykiem. W przypadku roślin odpowiednikiem wysuwanych przez człowieka rąk są właśnie wspomniane włoski. Gdy trafią na przeszkodę, starają się ją ominąć: wydłużają się nieco na bok, aż w końcu odnajdą kolejną wolną przestrzeń zgodną z ogólnym kierunkiem wzostu korzenia. Jednocześnie fragmenty korzenia, które już wyrosły, "chwytają się" gleby i zapobiegają wypychaniu pędu nad powierzchnię ziemi. Cały proces jest oparty o samonapędzający się cykl. Białko na szczycie włosków, określone jako RHD2, produkuje wolne rodniki stymulujące pobieranie jonów wapnia z gleby. Pobrane jony stymulują z kolei RHD2, przez co powstaje jeszcze więcej rodników i stopniowo zachodzi wzrost korzenia. Gdy określony włosek natrafi na przeszkodę, niemożliwe jest dalsze pobieranie jonów wapnia - włosek przestaje rosnąć. W tym samym czasie inne fragmenty korzenia wzrastają, gdy tylko mogą odnaleźć wolną przestrzeń. W ten sposób korzeń wypełnia możliwie dokładnie wszystkie wolne przestrzenie w strukturze gleby, przez co może skuteczniej pobierać z niej substancje odżywcze. Dodatkowo polepsza się dzięki temu stabilność wzrastającego pędu. Dzięki temu systemowi rośliny mogą wzrastać w skomplikowanym środowisku i kolonizować nawet nieprzyjazne gleby - opisuje prof. Dolan. Odkryto bowiem, że w roślinach żyjących naturalnie w ubogich glebach korzenie wytwarzają więcej włosków. Odkrycie to ma znacznie nie tylko z czysto badawczego punktu widzenia. Umiejętność regulacji tego procesu mogłaby znacząco ułatwić dostosowywanie roślin do nieprzyjaznych warunków, a przez to udostępnić dla rolnictwa nowe, niegościnne dotąd, obszary.