Växtceller samarbetar för transport av vatten

Lignin är den kemiska förening som gör växtcellväggar vattentäta och styva. Detta gör att växter kan stå upprätta och transportera vatten i sin stam. Biologen Bernadette Sztojka vid Umeå universitet har studerat hur lignin tillverkas och lagras i cellväggarna, en process som kallas lignifiering.

Bernadette Sztojka valde att arbeta med en regulator som kallas PIRIN2. En gen som är nära besläktad med PIRIN2 identifierades tidigare i ett cellodlingssystem och visade sig spela en möjlig roll i lignifiering. Därför bestämde hon sig för att karakterisera denna gen i växten Arabidopsis, eller backtrav som den heter på svenska.

Rätt komposition för vattentransport

PIRIN2 är en negativ regulator för lignifiering men på ett celltypsspecifikt sätt. Den påverkar ligninkompositionen hos cellväggarna i dess närliggande celler där den inte uttrycks. Den finns i celler bredvid så kallade xylemkärl, som bildar vattentransporterande ”rör”.

– Vi tror att kärlen behöver en specifik ligninkomposition för att möjliggöra effektiv vattentransport, och PIRIN2 ser till att de får rätt sammansättning. Jag tycker att dessa typer av samarbetsprocesser mellan celler, som den här lignifieringsprocessen, är fascinerande, säger Bernadette Sztojka.

Nya spelare i lignifieringen

För att bättre förstå den molekylära funktionen hos PIRIN2 letade hon vidare efter proteiner som interagerar med PIRIN2. Det var så hon kom över de andra två molekylära spelarna hon har studerat i sin avhandling. Ett av dessa båda proteiner har motsatt effekt på syntesen av beståndsdelarna för lignin – monolignolerna – än PIRIN2 i växten. Medan PIRIN2 hindrar syntesen av vissa typer av monolignoler som kanske inte är optimala för vattentransport, främjar detta protein det. Det andra proteinet hon identifierade har ingen direkt effekt på ligninhalten eller sammansättningen, men kopplar tillverkningen av lignin till dagtid.

Det har publicerats några studier tidigare som tyder på att gener som tillverkar, syntetiserar, lignin aktiveras i ett dagligt mönster, men det fanns aldrig någon regulator som styr dessa gener. Lignin är en stor kolsänka vilket innebär att mycket kol krävs för dess biosyntes (naturlig tillverkning i organismen). Det är därför som biosyntes av lignin måste samordnas med tillgången på resurser, och det leder till den dagliga regleringen för att koppla ligninbiosyntes med kolfixering under fotosyntes.

Intressant för skogsindustrin

Bernadette Sztojka menar att särskilt PIRIN2 kan vara intressant för skogsindustrin. Genom att modifiera PIRIN2 kan det vara möjligt att generera träbiomassa med olika ligninkomposition. Växter blir ofta riktigt sjuka när ligninhalten modifieras genetiskt men så är inte fallet när PIRIN2 muteras. Effekten på den kemiska sammansättningen av cellväggar är inte särskilt stark hos PIRIN2-mutanter men dessa förändringar kan fortfarande vara fördelaktiga för industriellt bruk och de äventyrar inte anläggningens verksamhet.

Bernadette Sztojka har redan planer för sin framtid.

– Jag skulle vilja fortsätta med mer tillämpad forskning och kombinera min bakgrund inom trädgårdsodling med min doktorsexamen i växtmolekylärbiologi. Det kan vara antingen inom akademin eller näringslivet. Jag är fortfarande nyfiken på att utforska nya territorier och vill ändra lite på min forskningsinriktning.

Avhandling:

Kontakt:

Bernadette Sztojka, Institutionen för fysiologisk botanik, Umeå Plant Science Centre, Umeå universitet, bernadette.sztojka@umu.se