Работа, которая появляется на Слушаниях Национальной академии наук, могла быть полезна для многих типов исследований завода, а также более полно понимания гормонального ауксина, который способствует для роста и многих других критических процессов завода. Понимание ауксина могло, например, сообщить, что производство быстрее растущих зерновых культур или помощь смягчают такие последствия изменения климата как засуха или ранний расцвет.
«Более чем 130 лет назад Чарльз Дарвин постулировал, что могло бы быть продвигающее рост вещество на заводах», говорит Адъюнкт-профессор Вольфганг Буш, член Завода Солка Молекулярная и Клеточная Лаборатория Биологии и ведущий автор новой бумаги. «Сегодня мы знаем, что это вещество – гормональный ауксин, и современные научные инструменты наконец позволяют нам глубоко исследовать его роль крупного водителя структуры завода и роста».Одна из давних тайн о заводах – то, как они растут, потому что твердая внешняя клеточная стенка, которая оказывает им структурную поддержку также, ограничивает клетки от расширения. Одно рабочее объяснение называют кислотной гипотезой роста, в которой говорится, что ауксин говорит растительным клеткам качать кислоту в пространство между клетками и окружающей клеточной стенкой, чтобы вызвать ослабляющие клеточную стенку ферменты.
Так же, как ослабление нашего пояса после того, как большая еда дает нашу комнату живота, чтобы расшириться, ослабление клеточной стенки дает комнату растительных клеток, чтобы вырасти. Теория окисления, как показывали, была довольно точна для побегов растения, но была более тверда доказать для корней.
Некоторые исследования нашли, что ауксин на самом деле стимулирует подщелачивание (противоположность окисления) в корнях. Одно из осложнений понимания этого – то, что pH очень трудно измерить в корнях.Salk-возглавляемая команда, которая включала исследователей от Института Грегора Менделя Вены Молекулярной Биологии Завода (где Буш раньше базировался), намеревалась исследовать вопрос того, как корни растут. Они знали, что сначала должны были преодолеть проблему того, как измерить pH, чтобы определить кислотность.
Таким образом, они проверили много химикатов, они думали, мог бы быть хорошие чувствительные к pH краски и нашли, что флуоресцентный химикат (сократил HPTS) отвечал всем требованиям. Тесты команды подтвердили, что краска достоверно указала на различные уровни рН способами, которые могли визуализироваться с инструментом, названным софокусным просматривающим лазер микроскопом.
Они затем приступают к установлению того pH, на самом деле, коррелируется с ростом клеток. Они измерили длину клетки в корнях сорняка Arabidopsis thaliana (родственник капусты) прежде и после погружающейся рассады завода в питательной среде и проверке их pH. Прежде чем клетки начали расти, pH был щелочным, во время роста, pH был кислым, и в конце периода роста pH возвратился к его щелочности перед ростом.
Команда нашла, что они также смогли вызвать или остановить рост, погрузив корни в кислые или щелочные жидкости. Вместе, эти эксперименты подтвердили, что окисление способствует удлинению клеток в корне.
«Это очень захватывающее, чтобы заметить на клеточном уровне, что простая химическая особенность как pH – такая движущая сила для удлинения клетки корня», говорит Элк Барбез, постдокторант в Институте Грегора Менделя и первый автор газеты.Затем, команда обратилась к вопросу того, было ли окисление вызвано ауксином. Чтобы визуализировать гормон, они использовали флуоресцентные признаки, которые были присоединены к белку, который связывает с ауксином и затем измерил длину клетки, pH и уровни ауксина в нормальной рассаде, а также в рассаде, которая не могла сделать гормон или не могла правильно ответить на него.Их результаты указали на более сложную роль для ауксина, чем ранее мысль: при низких концентрациях ауксин действительно, на самом деле, вызывал окисление и ослабление клеточной стенки, разрешая рост корня.
Но при высоких концентрациях, ауксин вызвал подщелачивание, которое затормозило рост. Эффект запрещения, однако, только длился в течение двух часов. Работа команды предлагает подсказку относительно того, почему предыдущие исследования были настолько запутывающими или противоречащими: во временных рамках, которые слишком кратки, двойная («двухфазная») природа ауксина не очевидна.
«Мы взволнованы этими результатами не только потому, что они разъясняют сложный характер передачи сигналов ауксина, но также и потому что понимание, как этот главный гормон завода работы над различными временными рамками мог быть чрезвычайно важен для любых усилий повысить производительность урожая или увеличить рост корня как способ буферизовать заводы от засухи», добавляет Буш.