Hvad får en plante til at vokse mod lys?
Få mennesker har haft større indflydelse på videnskaben end Charles Darwin. Hans forskning på Galápagos-øerne og hans teorier om evolution er velkendte, men mange er sikkert ikke klar over hans store indflydelse på planteforskningen. Nu har et internationalt forskerhold taget et stort skridt mod at forklare en central observation, der alt sammen startede med Darwin.

I sin bog fra 1880, The Power of Movement in Plants (Bevægelseskraften i planter), observerede Darwin, at planter kunne vokse i en bestemt retning som reaktion på ydre stimuli såsom lys eller tyngdekraft. Han demonstrerede, at den del af planten, der opfatter stimulus, er forskellig fra den del, der reagerer på samme stimulus. For at forklare dette foreslog Darwin, at en 'påvirkning' flyttede sig fra stedet for stimulusopfattelse til reaktionsområdet. Dawin var aldrig i stand til at identificere denne påvirkning.
I 1926 blev denne 'påvirkning' identificeret som væksthormonet auxin, der har vist sig at have en dominerende indflydelse på planters vækst og udvikling. Denne indflydelse er afhængig af den lokale koncentrationen af auxin i de forskellige dele af planten, men hvordan denne koncentrationsforskel dannes var ukendt.
I 1990'erne blev en familie af proteiner ved navn PIN-FORMED (PIN) identificeret som essentielle for denne proces. De har fået navnet fra den særlige morfologi, der opstår, hvis de ikke er funktionelle. Planten bliver en nålelignende 'pin', uden skud eller blomster.
PIN-proteinerne viste sig at transportere auxin. Deres funktion er afgørende for etableringen af auxin-gradienter i plantevæv - og det er denne gradient, der efterfølgende styrer al plantevækst og udvikling.
Bjørn Panyella Pedersens forskningsgruppe har nu leveret det første strukturelle grundlag for auxin-transport via PIN-proteinerne, og dette er kombineret med en omfattende biokemisk karakterisering med samarbejdspartnere ved Technical University of München ledet af lektor Ulrich Hammes.
Resultaterne viser endelig den molekylære mekanisme bag auxintransport. Derudover kan resultaterne også forklare, hvordan en bred vifte af almindeligt brugte herbicider – som samlet er kendt som syntetiske syntetiske auxiner og anti-auxiner – kan genkendes af PIN-proteiner.
Resultaterne har været længe undervejs
Projektet har budt på en række overraskende og heldige sammenhænge, forklarer lederen af projektet lektor Bjørn Panyella Pedersen:
"Vi startede projektet i 2016, da jeg hørte et bredt oplæg om plantefysiologi, hvor auxin blev nævnt flygtigt. Det mindede mig om mine studier i plantebiologi, da jeg var studerende, og jeg besluttede at læse op på emnet. Til min forbløffelse var der ingen biokemisk eller strukturel karakterisering, og jeg følte, at dette var et sted, hvor min gruppe kunne gøre en forskel."
Arbejdet skred dog langsomt frem i næsten et år, indtil Ulrich Hammes kontaktede Bjørn P. Pedersen og hans gruppe for at samarbejde om et helt andet projekt relateret til saltbalancen i alger.
"Vi opdagede hurtigt vores gensidige interesse for auxintransport og startede et meget frugtbart samarbejde om dette emne", uddyber Bjørn. "Derefter tog det min gruppe fire år at udvikle en biokemisk prøve, der var god nok til at levere data, og det var den koncentrerede indsats af to fremragende postdocs i laboratoriet, i første omgang Mikael Winkler og senere Kien Lam Ung. Dette projekt er et godt eksempel på en gammel grundsætning i vores forskningsfelt, "Junk in - Junk out."
Da det først lykkedes gruppen at lave en prøve af god kvalitet, var fremskridtene hurtige. Inden for et år var alle data indsamlet, og manuskriptet var skrevet og indsendt. Bedømmelsesprocessen var lige så hurtig og tog fire måneder fra indsendelsen til den endelige accept.
"At opnår disse resultater føltes næsten, som om vi havde fundet en manglende brik i puslespillet, som folk har ledt efter i over hundrede år,” siger Kien Lam Ung, en af de to forfattere der deler pladsen som førsteforfattere på den videnskabelige artikel. "Det har været en vild tur. Vi kunne ikke have gjort det uden støtte fra mange mennesker, og ikke mindst EMBION-mikroskoperne, hvor vi fik adgang ekstremt hurtigt efter en fremskyndet hastebehandlet ansøgning. Vi lærte meget af processen."
Bjørn Panyella Pedersens forskningsgruppe har specialiseret sig i at forstå proton-drevne transportprocesser på tværs af cellemembraner, og deres arbejde er ofte yderst relevant for det plantefysiologiske område.
Nøgleord
Kontakter
Lektor Bjørn Panyella Pedersen
Institut for Molekylærbiologi og Genetik
Aarhus Universitet
bpp@mbg.au.dk – mobilnummer: 29723499
Merete BildeProfessorInstitut for Kemi
Tlf:24447138bilde@chem.au.dkMichaela ThulesenKommunikationsrådgiverNat-Tech Kommunikation
Tlf:93522168michaela@au.dkTina FruelundDirector of CommunicationThe Novo Nordisk Foundation CO2 Research Center, Aarhus Universitet
The Novo Nordisk Foundation CO2 Research Center's mission is to develop new science for CO2 capture and CO2 conversion.
Billeder

Links
Information om Aarhus Universitet Natural Sciences
Følg pressemeddelelser fra Aarhus Universitet Natural Sciences
Skriv dig op her, og modtag pressemeddelelser på e-mail. Indtast din e-mail, klik på abonner, og følg instruktionerne i den udsendte e-mail.
Flere pressemeddelelser fra Aarhus Universitet Natural Sciences
Verden drukner i plastik: Nyt center kan blive en af klodens redningskranse28.6.2022 14:03:44 CEST | Pressemeddelelse
Verdenshavene fyldes med plastik, og det globale samfund kan ikke følge med produktionen og nedbryde den store mængde plastik, der produceres hvert år. Der må findes en løsning, mener professor Daniel Otzen, som med 57 millioner kroner fra Novo Nordisk Fondens Challenge Programme nu kan åbne et center for plastikforskning ved Aarhus Universitet.
Jordens mangfoldighed af træarter er under pres23.6.2022 06:00:00 CEST | Pressemeddelelse
Et internationalt forskerhold viser i en ny global undersøgelse af flere end 46.000 arter af træer, at mange træarter er udsat for stort pres og er dårligt beskyttede. Samtidig har forskerholdet, der ledes fra Aarhus Universitet, undersøgt, hvordan situationen kan forbedres ved hjælp af ambitiøs og smart udpegning af nye naturbeskyttelsesområder.
Aarhus University’s new CO2 research center opens officially10.6.2022 06:00:00 CEST | Press release
The Novo Nordisk Foundation CO2 Research Center is the world’s first mission-oriented interdisciplinary research center aimed at developing knowledge and technologies that can be used to capture and recycle CO2. The center has been established at Aarhus University and will open officially on 13 June.
Nyt grundforskningscenter vil afsløre skyernes hemmeligheder7.6.2022 11:16:27 CEST | Pressemeddelelse
Et af klimaforskningens store mysterier er skydannelse, og hvad der egentlig sker inde i skyerne. Løsningen på mysteriet kan være uhyre vigtigt for klimaforskningen, og nu vil nyt grundforskningscenter ved Aarhus Universitet finde svar og sætte skyerne under lup.
Nyt grundforskningscenter skal sikre klodens overlevelse7.6.2022 11:01:28 CEST | Pressemeddelelse
Varmere temperaturer, øget globalisering og flere mennesker presser Jordens biodiversitet og økosystemer. Det betyder, at store dele af klodens arter trues af udryddelse, økosystemer risikerer sammenbrud. Samtidigt vil fremtidige generationer opleve ekstreme klimaforandringer og leveforhold. Nu vil nyt center ved Aarhus Universitet forhindre, at det går så galt.
I vores nyhedsrum kan du læse alle vores pressemeddelelser, tilgå materiale i form af billeder og dokumenter samt finde vores kontaktoplysninger.
Besøg vores nyhedsrum