Ein Forschungsteam unter der Leitung von RIKEN hat eine Entdeckung gemacht, die zur Verbesserung der Nährstoffaufnahme von Nutzpflanzen genutzt werden kann.Der Transporter hängt mit dem Abwärtstrend der Pflanzenwurzeln aufgrund der Schwerkraft zusammen.Dieses Phänomen wird Wurzelgeotropismus1 genannt.googletag.cmd.push(function(){googletag.display('div-gpt-ad-1449240174198-2′);});
Charles Darwin war einer der ersten Wissenschaftler, der die Schwerkraft von Pflanzenwurzeln untersuchte.Durch einfache, aber elegante Experimente bewies Darwin, dass die Wurzelspitzen von Pflanzen die Schwerkraft spüren und Signale an nahegelegene Gewebe übertragen können, wodurch die Wurzeln in Richtung der Schwerkraft gebogen werden.Wir wissen jetzt, dass das Pflanzenhormon Auxin eine Schlüsselrolle bei dieser Gravitationsreaktion spielt.
Pflanzenhormone haben viele physiologische Funktionen und können Pflanzen dabei helfen, Umweltschwankungen zu widerstehen.Um richtig zu funktionieren, müssen ihre Verteilung und Aktivität in Zellen und Geweben genau gestaltet sein.Hierbei handelt es sich in der Regel um Transporter, die die zelluläre Aufnahme oder den Export von Hormonen oder deren Vorstufen vermitteln.
Jetzt haben RIKEN-Biologen gezeigt, dass der zuvor beschriebene Transporter NPF7.3 die Auxin-Reaktion und die Wurzelschwerkraft in der Modellpflanze Arabidopsis regulieren kann.
Mitsunori Seo vom RIKEN Sustainable Resources Science Center sagte: „Wir haben festgestellt, dass Sämlinge mit Mutationen im für NPF7.3 kodierenden Gen ein abnormales Wurzelwachstum zeigten.“„Eine genauere Untersuchung ergab einen spezifischen Defekt in der Gravitationsreaktion, wie bereits berichtet.Die Funktion von NPF7.3 als Nitrat- und Kaliumtransporter kann nicht erklärt werden.Dies lässt uns vermuten, dass das Protein auch andere bisher nicht charakterisierte Funktionen haben könnte.“
Nachfolgende Experimente zeigten, dass NPF7.3 als Transporter von Indol-3-Buttersäure (IBA) fungiert und die von bestimmten Wurzelzellen über NPF7.3 absorbierte IBA in Indol-3-Essigsäure (IAA) umgewandelt wird wichtigste interne Quelle Auxin.Dies trägt dazu bei, einen Auxingradienten im Wurzelgewebe zu etablieren, der wiederum die Gravitationsreaktion steuert.
IBA ist ein sekundärer Vorläufer von IAA, und die Rolle des von IBA abgeleiteten IAA bei der Gravitationsbewegung war bisher unbekannt.Es scheint jedoch, dass auch andere Pflanzen (einschließlich Nutzpflanzenarten) über ähnliche Regulierungsmechanismen verfügen, die zu Anwendungen in der Landwirtschaft und im Gartenbau führen können.
Seo sagte: „Wir werden in der Lage sein, die Struktur des Root-Systems zu ändern, indem wir die IBA-Übertragung regulieren.“„Dadurch wird die Aufnahme von Wasser und Nährstoffen durch das Wurzelsystem verbessert und dadurch die Pflanzenproduktion gefördert.“
NPF-Proteine ​​wurden ursprünglich als Nitrat- oder Peptidtransporter identifiziert, aber es ist klar, dass sie anpassungsfähiger sind als bisher angenommen.Seo erklärte: „Neueste Studien, darunter auch diese, haben gezeigt, dass diese Transporterfamilie eine Vielzahl von Verbindungen transportieren kann, darunter Pflanzenhormone und Sekundärmetaboliten.“„Die nächste große Frage ist, wir wollen wissen, wie das NPF-Protein dies erkennt.Mehrere Substrate.“
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