Planters rodsystemer kortlagt med kræftscanner

Forskere har brugt kræftforskningsteknologi til at forstå planterødders struktur. Dette kan hjælpe planters vækst under klimaforandringer.

rodnet kemikalier

Forskerne har scannet planterødder, for at forstå hvordan de fordeler såkaldte metabolitter – molekyler involveret i planters energiproduktion i cellerne – ned gennem rodsystemerne.

© Dickinson Lab, UC San Diego

Selvom vi ved en masse om planters rodsystemer, så ved vi knap så meget om, hvordan molekyler fordeler sig langs planterødder.

Det har et forskerhold fra University of California San Diego og Stanford University i USA nu besluttet sig for at lave om på.

Ved at bruge scanningssystemer, som normalt bruges til kræftforskning hos mennesker, har de skabt nogle unikke billeder af essentielle rodkemikalier hos planter, der giver en ny indsigt i plantevækst.

Det skriver de i en forskningsartikel offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications.

Ved hjælp af en avanceret billedteknologi kaldet massespektrometer har forskerne kortlagt, hvordan vigtige molekyler fordeler sig langs stamceller i planterødderne hos majs, og hvordan deres placeringer spiller ind i plantens modningsproces.

Massespektrometriske billeddannelsessystemer bruges normalt af kirurger med at skelne mellem kræft og sundt væv under operationer.

Fandt vigtigt syremolekyle

Forskerne tilpassede teknologien til planter og kunne herfra undersøge planterødder for de kemikalier, der er involveret i vækst og energiproduktion.

Til at starte med zoomede de ind på majsplanternes rodspidser, hvor stamceller spiller en aktiv rolle i plantens udvikling. De skar gennem midten af roden for at få et tydeligt billede af kemikalierne indeni.

rodnet spektrometer

Forskerne brugte såkaldte massespektrometriske billeddannelsessystemer til at forstå hvordan kemikalier fordeler sig langs rodsystemer. Denne teknologi bruges normalt af kræftkirurger.

© Nature Communications 2023/Dickinson et al.

"Vores billeddannelsessystem sprøjter dråber ud, der rammer forskellige dele af roden og opløser kemikalierne på stedet,” fortæller en af forskerne bag undersøgelsen Richard Zare i en pressemeddelelse.

”Et massespektrometer opsamler dråbesprøjtene og fortæller os, hvad de opløste kemikalier er. Ved systematisk at scanne dråbemålstedet danner vi et rumligt kort over rodkemikalierne."

Billederne herfra afslører overgangen mellem stamceller og modent rodvæv. De viser den grundlæggende rolle såkaldte metabolitter – molekyler involveret i planters energiproduktion i cellerne – spiller.

De fandt ud af, at en cyklus af metabolitter bestående af tricarboxylsyre (som citronsyre blandt andet hører under) har en kernefunktion i at kontrollere rodudviklingen.

Forskerne havde en forventning om, at disse metabolitter ville fordele kemikalierne ensartet, men de dannede meget forskellige mønstre.

Dette gør planterne med vilje for at koncentrere molekylerne ved områder, der hjælper dem med at vokse ordentligt.

Det var ikke kun majsplanter, der viste denne adfærd. Det samme viste planten gåsemad (Arabidopsis).

Med denne nye indsigt forventer forskerne at kunne hjælpe med at finde nye måder at regulere plantevækst på både kemisk og genetisk, hvilket kan være brugbart i områder med tørke på grund af klimaforandringer.