En skadad rot kan få en grannväxt att reagera inom en sekund. Forskare har nu identifierat en kemisk signal som får friska växter rötter att ändra riktning.
Forskare vet sedan tidigare att skadade eller infekterade blad kan avge luftburna signaler som påverkar närliggande växter. Däremot har det varit mindre känt om rötter kan uppfatta signaler från skadade rötter hos grannväxter.
En avhandling vid SLU har nu tittat närmare på växternas reaktioner.
– Om någon i vår närhet har influensa kanske vi håller lite extra avstånd för att undvika att bli smittade. Växter kan inte förflytta sig från en plats till en annan och de pratar inte med varandra som vi gör. Vi ville veta om de ändå kan känna av när en grannväxts rot skadas och hur de då reagerar, säger Julie Ducla som skrivit avhandlingen.
Rötterna reagerade snabbt
Julie Ducla arbetade med små plantor av modellväxten backtrav som placerades bredvid varandra. Med hjälp av tvåfotonmikroskopi skadade hon en enda cell i den ena plantans rot med en laser och följde sedan vad som hände i grannplantans rot.
– Vi tittade bland annat på kalciumsignaler, som växtceller använder för att snabbt förmedla information om stress, säger Julie Ducla.
– Inom en sekund efter att vi hade skadat cellen såg vi en kalciumsignal i den friska grannroten. Jag blev verkligen förvånad över hur snabbt det gick, fortsätter hon.
Signalerna avslöjade
Nästa steg var att identifiera signalmolekylen. Forskarna misstänkte protoner – positivt laddade partiklar som gör omgivningen surare när koncentrationen ökar.
För att testa hypotesen samarbetade Julie Ducla med forskare inom organisk elektronik. Med en organisk elektronisk jonpump kunde de tillföra protoner intill roten utan att samtidigt skapa ett vätskeflöde. På så sätt kunde de studera effekten av protonerna i sig.
– När pumpen utlöste samma reaktion som den skadade roten visste vi att protonerna var signalen.
Frisk rot ändrade riktning
Reaktionen verkar dessutom inte vara begränsad till samma art. En rot från backtrav reagerade med en liknande kalciumsignal när den placerades intill en skadad tomatrot.
Forskarna såg också förändrad aktivitet i gener kopplade till stress och försvar. Dessutom påverkades rötternas tillväxt.
– Det som förvånade mig mest var att se rötterna växa bort. Vi hade identifierat signalen och såg sedan också att den friska roten ändrade växtriktning, säger Julie Ducla.
De flesta försöken gjordes i ett genomskinligt, geléliknande odlingsmedium där rötterna kunde studeras i mikroskop. I naturliga förhållanden växer rötter däremot i jord, vilket gör mikroskopi betydligt svårare.
Syns även i jord
Jord släpper igenom väldigt lite ljus och vissa ämnen kan dessutom själva avge ljus när de blir belysta i mikroskopet. Det kan störa de signaler forskarna försöker avbilda.
– Det är väldigt, väldigt svårt att avbilda någonting i jord. Vi var tvungna att utveckla en ny metod och kunde då visa att även i jord reagerar en frisk rot på en skadad rot från en grannväxt, säger Julie Ducla.
Hon menar att resultaten också ger ett bredare perspektiv på växters stressreaktioner.
– Vi fokuserar ofta på den stressade växten, men det är också viktigt att titta på vad som händer runt omkring den och hur grannväxter påverkar varandra, säger Julie Ducla.
Avhandling:
Below-Ground Damage Perception in Plant Roots, Sveriges lantbruksuniversitet.
