Ny studie om hur växter avgör när blad ska dö

Forskare vid Umeå Plant Science Centre har identifierat en metabolisk ”punkt utan återvändo” som verkar styra när ett åldrande blad går vidare till celldöd. Enligt Umeå universitets pressmeddelande handlar det om aminosyran arginin, som tycks fungera som en signal för om bladet fortfarande kan återhämta sig eller om processen blir oåterkallelig. Studien är publicerad i Nature Plants.

Näringsåtervinning innan bladet dör

När ett blad åldras återvinner växten näringsämnen (bland annat kväve) och transporterar dem vidare för fortsatt tillväxt och överlevnad. Tajmingen är viktig, särskilt vid miljöstress som torka: om stressen upphör i tid kan växten återhämta sig, men vid långvarig stress kan bladcellerna passera en gräns där återhämtning inte längre är möjlig.

Arginin visar hur långt processen har kommit

Studien pekar ut arginin som en indikator på hur långt återvinningsprocessen hunnit:

• Så länge argininnivåerna är höga finns fortfarande möjlighet till återhämtning.
• När argininnivåerna sjunker under en viss gräns fortsätter cellerna till en irreversibel dödsprocess.

– Celler i ett åldrande blad genomgår ett noggrant samordnat återvinningsprogram. De molekylära mekanismerna bakom de olika stegen är relativt väl kända, men vad som talar om för cellen att återvinningen är färdig och att det är dags att dö har länge varit en öppen fråga, säger Olivier Keech, universitetslektor vid Umeå universitet och senior författare till studien, i pressmeddelandet.

Så gjordes försöken

För att studera bladens åldrande utlöste forskarna återvinningsprogrammet som föregår celldöd genom att täcka enskilda Arabidopsis-blad med aluminiumfolie.

Forskargruppen undersökte även så kallade ”stay-green”-mutanter, som behåller sina gröna blad längre än normalt. Tidigare studier hade visat att dessa mutanter ansamlar ovanligt höga halter av aminosyror, vilket kan tyda på att exporten av näringsämnen fungerar sämre.

Genombrottet: transporten av arginin

När forskarna testade olika aminosyror stack arginin ut: blad som behandlades med arginin förblev gröna betydligt längre än obehandlade blad, vilket enligt pressmeddelandet visar att höga argininnivåer aktivt kan fördröja åldrande.

Teamet såg också att åldrande blad normalt aktiverar transportsystem som sänker argininnivåerna. Hos stay-green-mutanterna aktiverades inte dessa transportsystem, och arginin ansamlades. När forskarna återställde arginintransporten i mutantlinjerna återgick växterna till ett normalt åldringsförlopp.

– Till en början trodde vi inte att en så vanlig metabolit som arginin kunde spela en så avgörande roll för bladens åldrande, säger Olivier Keech i pressmeddelandet.

– Det verkliga genombrottet kom när vi såg att det räckte att återställa en fungerande arginintransport för att få mutantplantorna att återgå till ett normalt senescensförlopp.

Möjlig betydelse för framtida grödor

Enligt Umeå universitet kan ökad kunskap om hur växter styr övergången mellan återhämtning och irreversibel celldöd på sikt bidra till grödor som behåller sin motståndskraft längre under ogynnsamma förhållanden.