Forskere kortlægger, hvordan planter danner rødder – viden der kan gøre dem stærkere under tørke

Nyt studie kortlægger for første gang, hvordan et nøgleprotein transporterer væksthormonet auxin – og åbner for bedre forståelse af både ukrudtsmidler og klimarobuste planter.

Hvordan ved en plante, hvor den skal danne en ny rod?

Det spørgsmål har forskere fra Aarhus Universitet og internationale samarbejdspartnere nu givet et banebrydende svar på. I et nyt studie kortlægger de, hvordan transportproteinet LAX3 i detaljer genkender og flytter det vigtige plantehormon auxin - helt ned på atomart niveau.

Fundet giver ny indsigt i, hvordan planters rodnet udvikler sig. Og det kan på længere sigt få betydning for både planteforædling og forståelsen af, hvordan herbicider virker.

”Vi vil gerne forstå, hvordan planterne kommunikerer internt. Det her protein er som et postbud, der leverer et meget vigtigt brev til det rigtige sted på det rigtige tidspunkt: nemlig auxin til roden, når planten skal gro nye rodudløbere,” forklarer Bjørn Lildal Amsinck, Ph.d.-studerende ved Institut for Molekylærbiologi og Genetik og en af hovedkræfterne bag studiet.

Et protein med én opgave: Flyt auxin

Auxin er et plantehormon, der regulerer alt fra skudvækst til rodudvikling. Det bliver ofte produceret ét sted - for eksempel i bladene - men skal transporteres til andre dele af planten for at virke. Her spiller AUX/LAX-familien af transportproteiner en nøglerolle. Ét af dem, LAX3, er især vigtigt i roddannelse.

Men hvordan finder proteinet ud af at gribe fat i netop auxin og ikke noget andet? Og hvordan bevæger det sig fysisk gennem plantecellens membran?

Det spørgsmål har forskerne besvaret ved at kombinere tre teknologiske spor:

• Cryo-elektronmikroskopi afslørede den tredimensionelle struktur af LAX3 i tre tilstande med og uden forskellige auxin-lignende stoffer bundet.
• Transportmålinger i frøæg viste, hvor effektivt LAX3 kan flytte auxin og beslægtede herbicider.
• Computersimuleringer afslørede, hvordan auxin bevæger sig og frigives fra bindingsstedet afhængigt af proteinets ladningstilstand.

Tilsammen giver det et sjældent detaljeret billede af transportmekanismen og hvordan stoffer, der ligner auxin, kan konkurrere eller blokere processen.

Herbicider: Hvordan virker de egentlig?

Ét af de mest overraskende fund i studiet er, hvor mange herbicider, altså ukrudtsmidler, der bruger samme "vej ind" i planten som auxin.

”Mange af de kemiske stoffer vi bruger i landbruget minder så meget om plantehormoner, at de bruger de samme transportveje. Og det er vildt, at vi faktisk ofte ikke ved, hvordan de virker og bliver transpoteret rundt inde i planten - vi tester bare, om de slår planten ihjel,” siger Bjørn Lildal Amsinck.

Studiet viser, at LAX3 ikke bare genkender, men også transporterer flere af de mest almindelige syntetiske auxin-lignende herbicider. Derudover peger nogle resultater også på at specifikke herbicider, der kemisk set er mindre auxin-lignende, faktisk blokerer selve proteinet og gør at den ikke kan udføre sin funktion.

Det åbner en ny vinkel på plantekemi:

”Hvis vi kan forstå, hvordan de eksisterende stoffer virker, kan vi bedre vælge - og måske udvikle - herbicider, der er mere målrettede, mindre skadelige og mere bæredygtige,” siger han.

En brik i et større klima-puslespil

Selvom studiet er grundforskning, peger det også frem mod et andet stort tema: planters robusthed over for klimaekstremer.

Rodsystemet er altafgørende for planters evne til at optage vand og næring - og dermed deres modstandskraft over for både tørke og oversvømmelse. Auxin er startskuddet for roddannelse. Og LAX3 er en del af aftrækkeren.

”Hvis vi forstår, hvordan hormontransporten foregår, kan vi måske på sigt skrue på den og få planter med stærkere eller mere fleksible rodsystemer. Det kunne for eksempel gøre dem bedre rustet til tørke,” siger Bjørn Lildal Amsinck.

Han understreger, at det er visionært og ligger år ude i fremtiden, men vejen dertil går gennem molekylær forståelse:

”Vi vil gerne væk fra en trial-and-error-tilgang og i stedet tage rationelle beslutninger, når vi forædler planter. Det kræver, at vi ved, hvordan systemet virker helt nede på atomart niveau.”

Internationalt samarbejde og ny teknologi

Studiet er resultat af et samarbejde mellem Aarhus Universitet, forskere i München og New York samt bidrag fra kemikere og bioinformatikere. Projektet har strakt sig over flere år - blandt andet fordi LAX3 viste sig at være et usædvanligt udfordrende protein at arbejde med.

Men med teknologier som cryo-EM og avanceret molekylsimulering er det nu lykkedes at løfte sløret for transportens mikroskopiske mekanik.

”Proteinet er ekstremt lille, og vi skyder bogstaveligt talt med elektroner for at se det. Det er ikke bare avanceret - det er nødvendigt, hvis vi skal forstå, hvordan planter fungerer på det dybeste plan,” siger han.

Link til publikation: https://www.nature.com/articles/s41477-025-02056-z