Korzystając z modelu komputerowego, który pokazuje, jak rośliny stają się grubsze w miarę upływu czasu, biolodzy odkryli, w jaki sposób komórki są aktywowane w celu wytworzenia tkanki drzewnej. Rozumiejąc sygnały genetyczne i molekularne stojące za tym wzrostem, mają nadzieję ulepszyć praktyki leśne i składowanie CO2 w drzewach. Naukowcy, w tym Kirsten ten Tusscher z Uniwersytetu w Utrechcie, publikują dziś swoje wyniki w czasopiśmie Science.
Większość badań nad roślinnymi komórkami macierzystymi koncentruje się na wierzchołkach korzeni i pędów, gdzie następuje wzrost. Ale Ten Tusscher wyjaśnia, iż wzrost grubości jest równie istotny. „Rośliny nie mogą rosnąć w nieskończoność. Muszą też rosnąć na grubość, w przeciwnym razie po prostu by się przewróciły” – mówi. Wzrost grubości sprawia, iż starsze drzewa z czasem stają się wyraźnie grubsze i mocniejsze. Wzrost ten jest niezbędny dla wytrzymałości konstrukcji, zwłaszcza drzew.
Komórki macierzyste w warstwie kambium rośliny kontrolują ten wzrost szerokości, wytwarzając drewno wspierające strukturę rośliny. Jednakże, które geny umożliwiają aktywację tych komórek macierzystych kambium i sposób, w jaki jest to kontrolowane, pozostawało niejasne – aż do teraz.
Podstawowe spostrzeżenia
Biolog Kirsten Ten Tusscher i jej zespół opracowali model komputerowy, który odegrał kluczową rolę w tym międzynarodowym badaniu, w którym uczestniczyli naukowcy z Uniwersytetu w Utrechcie, Uniwersytetu Helsińskiego, Uniwersytetu w Durham i Uniwersytetu Kalifornijskiego. Jej model komputerowy dostarczył podstawowych spostrzeżeń, potwierdzając wyniki badań laboratoryjnych uzyskanych od innych członków zespołu, a także dostarczając ważnych przewidywań.
Model komputerowy symuluje powstawanie drewna
Model Ten Tusschera bada, w jaki sposób określone geny „włączają” komórki macierzyste kambium w miarę rozwoju rośliny, umożliwiając tworzenie drewna. Chociaż geny odpowiedzialne za wzrost wzrostu badano już wcześniej, jest to pierwszy model pozwalający zbadać geny kontrolujące wzrost grubości i to, co decyduje o tym, gdzie te geny są włączone.
Na podstawie wyników modelu zespół Ten Tusschera odkrył, iż wzrost grubości jest kontrolowany przez nakładające się gradienty określonych sygnałów chemicznych w warstwie kambium. Gradienty te przecinają się, tworząc precyzyjną strefę, w której komórki macierzyste są „włączane”, kierując je do produkcji tkanki drzewnej. Ta interakcja zapewnia, iż tworzenie się drewna odbywa się równomiernie przez całe życie rośliny, zapewniając wytrzymałość strukturalną i stabilność niezbędną do wspierania wzrostu wysokości.
Roślina modelowa
Model komputerowy obraca się wokół małej rośliny Arabidopsis, gatunku szeroko badanego przez biologów na całym świecie w celu zdobycia ogólnej wiedzy na temat wzrostu roślin. Model pokazuje, w jaki sposób komórki macierzyste kambium są aktywowane i utrzymywane, umożliwiając ciągły wzrost grubości przez całe życie rośliny.
Poprawa leśnictwa i składowania CO2
Zrozumienie wzrostu grubości to nie tylko kamień milowy w nauce; może to prowadzić do rzeczywistych zastosowań w leśnictwie i działaniach klimatycznych. Głębsze poznanie wzrostu roślin jest szczególnie istotne w przypadku leśnictwa, zwłaszcza w Finlandii, gdzie lasy odgrywają główną rolę w gospodarce, mówi Ten Tusscher.
„Jeśli w pełni zrozumiesz wzrost roślin i wyhodujesz drzewo, które rośnie dwukrotnie szybciej, będzie to ogromna korzyść dla bardziej zrównoważonego przemysłu drzewnego” – mówi Ten Tusscher. „Jest to również korzystne dla wysiłków klimatycznych, ponieważ szybciej rosnące drzewa mogą magazynować więcej CO?. Być może mogłoby choćby pomóc naukowcom dostosować wzrost grubości upraw w celu uzyskania lepszych plonów rolnych”.
