Mekaniskt tryck ger växtceller form
Hur gör enskilda växtceller för att anpassa sin form till de andra omkringliggande cellerna? Jo, det är trycket från grannarna som påverkar. Forskare från bland annat Lunds universitet har i en studie visat på vilket sätt växtceller kan omsätta en mekanisk signal till en förändring i sin geometriska form.
Det yttersta skyddande lagret av celler på bladen hos många blommande växter liknar ett pussel, med cellerna som oregelbundet formade pusselbitar. Cellernas varierande utseende tyder på att de på något sätt kan påverka sin egen form så att de passar in i pusslet. Forskarna har studerat celler som finns på bladen hos växten backtrav (Arabidopsis thaliana) för att försöka förstå hur detta kontrollsystem fungerar. Forskningsresultaten pekar på att det är de mekaniska signaler cellerna känner av som i det här fallet styr deras utseende.
– Kunskap om hur cellers form uppstår är fundamentalt viktig för att förstå hur växter och djur utvecklas. Vi vet mycket om genetiska förändringar, men betydligt mindre om hur man går från en cellsignal till en geometrisk form, säger Henrik Jönsson, professor i fysik vid Lunds universitet.
Med hjälp av datormodeller räknade forskarna ut var i cellpusslet de mekaniska påfrestningarna var som störst. De studerade cellerna med mikroskop och såg att proteinfibrerna som kallas mikrotubuli och som ingår i cellens stödsystem, till stor del var upplinjerade längs de riktningarna. Cellen bygger sedan cellulosafibrer ovanpå mikrotubuli vilket leder till att cellväggen förstärks. På så vis kan cellen behålla sin form. Forskarna provade också att utsätta växtcellerna för andra påfrestningar, som att trycka på dem eller avlägsna deras grannceller, för att på så sätt ändra omgivningen. Det visade sig då att mikrotubuli linjerade om sig och cellernas form anpassades till de nya förutsättningarna.
– Vi har kunnat visa att fysikaliska krafter spelar roll för den komplicerade formen på individuella celler. Växter och andra organismer måste naturligtvis anpassa sig efter fysikens lagar, men att de så direkt använder krafterna för sin utveckling är förvånansvärt, säger Henrik Jönsson.
Målet är att lära sig om växters tillväxt för att i framtiden kunna göra bättre datormodeller av dem. På så vis kan man studera vad som skulle hända om man slår av eller på olika gener eller gör förändringar i växtens hormoner, som fungerar som dess inre signalsystem. Flera olika varianter kan testas snabbare och billigare i datorn än genom laboratorieexperiment. Ungefär som när man ska konstruera ett flygplan och gör en modell innan man börjar bygga. Resultatet kan bli bättre anpassade växter för jord- och skogsbruk. Om man som i den aktuella studien fokuserar på växtens blad, skulle de exempelvis kunna bli större eller annorlunda formade.
– Eftersom fotosyntes till stor del görs i bladen kan detta leda till mer energi för växten och större tillväxt generellt, säger Henrik Jönsson.
FAKTA
Studien publicerades nyligen i den vetenskapliga tidskriften eLife.
Länk till artikeln: http://elife.elifesciences.org/lookup/doi/10.7554/elife.01967
