Nu ved vi, hvad der får planters rødder til at vokse: Kan hjælpe os i fremtidige tørker

Forestil dig, at du spiste med dine fødder, og halvdelen af din krop var begravet under jorden. Sådan er livet for de fleste planter, hvor rødderne er plantens mund, som den drikker og spiser igennem. Rødderne er også det sikre fundament, der holder planten fast i blæst og regn og er med andre ord altafgørende for en plantes liv.

Alligevel er der mange ting, vi stadig ikke ved om planternes liv. Blandt andet hvordan de egentlig får deres rødder til at vokse sig store og stærke har længe været et spørgsmål, hvor centrale brikker har manglet i puslespillet.

Men i et nyt studie har forskere fra Biologisk Institut på Københavns Universitet opdaget, hvordan planten styrer væksten af sine rødder.

Det viser sig, at en gavnlig oprydningsmekanisme i plantens celler kaldet autofagi spiller en helt central rolle. Samme mekanisme findes hos mennesker og er tilmed en del af en større sundhedstrend.

”Faste er blevet populært, fordi det lader til at have en række sundhedsfremmende effekter hos mennesker, der skyldes at perioder uden mad får kroppen til at rydde op i forskellige affaldsstoffer i cellerne. I vores studie har vi bevist, at samme mekanisme, som også findes i planteriget, spiller en livsvigtig rolle for røddernes evne til at vokse og optage vand og næring til resten af planten,” forklarer adjunkt Eleazar Rodriguez fra Biologisk Institut, som har ledet studiet.  

Rødderne har et hjerteslag

Man har længe vidst, at planternes evne til at få deres rødder til at vokse hænger tæt sammen med plantehormonet auxin. Auxin er nemlig et brændstof for en slags hjerteslag, som banker i hver eneste af plantens rodspidser. Omkring hver fjerde-sjette time når niveauerne af auxin og hjerteslaget i rødderne et maksimum, der får nye rødder til at vokse.

”Rodens bevægelse er næsten som at se en slange bugte sig fremad i sin søgen på vand og næring i jorden. Og vi kan se, at hjerteslaget er kraftigst hver gang, roden bugter sig,” siger Eleazar Rodriguez.   

Men hvordan planten mere præcist styrer sit hjerteslag for at få den mest optimale rodvækst har været et ubesvaret spørgsmål. Og det er her, at plantens indre renovationsarbejder kommer ind i billedet.

”I vores forsøg satte vi oprydningsmekanismen ud af kraft for at forstå dens betydning. Man kan forestille sig, hvad der ville ske, hvis alle skraldemænd i København strejkede - affaldet ville lynhurtigt flyde i gaderne. Det samme skete i plantecellerne, og de her hjerteslag, som driver rodvæksten, blev meget svagere og kom ud af takt,” forklarer Eleazar Rodriguez.

På den måde kunne forskerne konkludere, at oprydningsmekanismen er med til at holde niveauet af forskellige biokemiske stoffer i planten i perfekt balance for at give den mest effektive rodvækst.

Kan spire nye klimarobuste afgrøder  

Ifølge forskerne kan den nye viden om planters rødder vise sig vigtig i kampen mod klimaforandringer. For lange perioder med tørke og oversvømmelse er en ny normal, der stiller større krav til vores fødevaresikkerhed og dermed afgrødernes rødder, som skal kunne vokse i et barskere miljø.

”I dag findes der flere metoder til at ændre på planters genetiske egenskaber, så de eksempelvis udvikler lange rødder hurtigere og på den måde bliver mere modstandsdygtige over for tørke eller oversvømmelser. En af metoderne er ved hjælp af bakterier, der lever i symbiose med planten og kan få den til at ændre måden den vokser på. Det er der flere virksomheder i Danmark, der arbejder på lige nu,” forklarer Ph.D. fellow Jeppe Ansbøl, som er medforfatter til studiet.

Den nye viden gør sig gældende for alle blomstrende planter og måske også flere, vurderer forskeren. Dermed kunne afgrøder som tomater, kartofler, ris, hvede og majs i princippet ændres til at vokse et større og tættere rodsystem, fordi vi nu ved, hvordan planten får sine rødder til at vokse.

”Jo flere rødder planten har, jo mere vand og næring kan den optage og dermed gro bedre og hurtigere. Vi er jo dybt afhængige af planter, fordi de giver os mad, trækker CO2 ud af luften og producerer den ilt, vi indånder. Derfor er det ekstremt vigtigt at forstå dem til fulde, og nu er vi nået et stort skridt længere,” slutter Eleazar Rodriguez.

Mere om resultatet: Fik skraldemænd i cellerne til at strejke

Autofagi betyder ’at spise sig selv’ og er en helt central mekanisme, når planter udvikler rødder. For at undersøge betydningen af autofagi udviklede forskerne en mutant af planten arabidopsis (gåsemad), hvor autofagien var sat ud af drift.

Samtidig gjorde de proteinet ARF7 selvlysende, som er det protein, som styrer hormonet auxin, og som plantecellens skraldemænd rydder op i for at give optimal rodvækst. Plantens skraldemænd samler affaldet i cellerne og transporterer det til en slags genbrugsstation i planten kaldet en vakuole.

”Når vi forstyrrede plantens autofagi, var der affald overalt, og vi kunne registrere R7-proteinet blandt affaldet,” siger Eleazar Rodriguez.

Om studiet:

• Studiet er udgivet i det videnskabelige tidsskrift EMBO Reports.
• Studiet er lavet i samarbejde med spanske forskere. Forskerholdet er: Elise Ebstrup, Jeppe Ansbøl, Ana Paez-Garcia, Henry Culp, Jonathan Chevalier, Pauline Clemmens, Núria Sánchez Coll, Miguel Anguel Moreno-Risueno og Eleazar Rodriguez.
• Institutioner som har medvirket til forskningen er: Biologisk Institut, Københavns Universitet, Centro de Biotecnología y Genómica de Plantas Universidad Politécnica de Madrid, Instituto Nacional de Investigación y Tecnología Agraria y Alimentaria, Centre for Research in Agricultural Genomics, Consejo Superior de Investigaciones Científicas.
• Forskningen er finansieret af DFF Danmarks Frie Forskningsråd.