NYHET Cellväggen ger växter styrka och struktur, men tvärtemot vad man kanske kan tro är den inte en stel struktur. I stället är den mycket dynamisk och samspelar ständigt med resten av cellen och närliggande celler medan växten växer. Det finns fortfarande många obesvarade frågor kring hur dessa interaktioner fungerar, och det är detta som Laura Bacete Cano undersöker i sitt projekt DYNAMO, som nyligen fått finansiering från Novo Nordisk Foundation.
I projektet DYNAMO använder Laura Bacete Cano avancerad mikroskopi för att studera hur cellväggens struktur och signalering påverkar växters utveckling.
Bild Mattias PetterssonSnabb tillväxt och strukturell stabilitet står ofta i motsats till varandra. Inom jordbruket kan växter som växer snabbt bli svaga och lätt böjas eller falla omkull. Inom skogsbruket kan snabb tillväxt försämra virkeskvaliteten. Att hitta sätt att kombinera snabb tillväxt med styrka har därför länge varit ett viktigt mål inom växtforskningen, med stor betydelse för både jord- och skogsbruk.
När vi tänker på en vägg föreställer vi oss något stelt och orörligt: en stadsmur eller sidan av ett hus. Men växtens cellvägg förändras ständigt.
Kärnan i denna utmaning är växtens cellvägg – ett starkt men flexibelt yttre lager som omger varje växtcell. Cellväggen ger växter deras form, stödjer deras tillväxt och bildar material som sträcker sig från kostfibrer till trä som används i byggnation. Men den är inte bara en passiv struktur.
– När vi tänker på en vägg föreställer vi oss något stelt och orörligt: en stadsmur eller sidan av ett hus. Men växtens cellvägg förändras ständigt: den känner av förändringar i sitt eget tillstånd, mjuknar och förstärks medan växten växer och samspelar aktivt med närliggande celler, säger Laura Bacete Cano, som nyligen tilldelades ett Emerging Investigator Grant från Novo Nordisk Foundation för sitt projekt DYNAMO.
Växtcellernas väggar måste mjukna för att cellerna ska kunna expandera under tillväxten. Samtidigt behöver väggarna behålla tillräcklig styrka för att stödja den växande vävnaden. Växter justerar därför kontinuerligt egenskaperna hos sina cellväggar under utvecklingen.
Vi vet att gener och hormoner spelar en central roll i att styra hur växter växer. Det DYNAMO undersöker är om själva cellväggen också är en del av den kommunikationen.
DYNAMO-projektet undersöker hur denna process regleras. Forskarna föreslår att kemiska och mekaniska förändringar i cellväggen – alltså hur styv eller flexibel den är – fungerar som signaler. De beskriver cellväggen som ett kommunikationssystem där strukturella förändringar kodas, överförs och översätts till beslut om hur växten ska växa. Med andra ord kan cellväggen själv hjälpa cellen att samordna fortsatt tillväxt med mekaniskt stöd.
– Vi vet att gener och hormoner spelar en central roll i att styra hur växter växer, säger Laura Bacete Cano.
- Det DYNAMO undersöker är om själva cellväggen också är en del av den kommunikationen: om de kemiska och mekaniska förändringarna i väggen inte bara är konsekvenser av tillväxten, utan signaler som aktivt hjälper till att styra växtens utveckling.
För att testa denna idé vill forskarna identifiera tidiga signaler i cellväggen genom att förändra vissa komponenter i väggen. Preliminära resultat i modellväxten Arabidopsis thaliana är redan lovande. Nu vill forskarna undersöka hur dessa signaler sprids mellan närliggande celler, vilket är avgörande för att växter ska kunna samordna tillväxt mellan olika vävnader och samtidigt behålla stabiliteten.
Forskarna kommer också att utveckla beräkningsmodeller som kopplar tidiga egenskaper hos cellväggen till senare utvecklingsstadier. Dessa modeller ska sedan testas i hybridasp, ett snabbväxande trädslag som används flitigt inom skogsforskning.
Utöver den grundläggande forskningen kan projektet öppna nya möjligheter för växtförädling. Genom att identifiera strukturella och kemiska förändringar i cellväggen som hänger samman med hur växter växer kan resultaten på sikt hjälpa växtförädlare att tidigare och säkrare välja ut grödor och trädlinjer som kombinerar snabb tillväxt med styrka. Detta skulle kunna spara både tid och resurser inom växtförädling och på längre sikt bidra till mer produktiva och motståndskraftiga grödor och skogar.
Projektets titel (på engelska):
DYNAMO: Dynamics of Mechanochemical Signals in Plant Cell Walls
