De flesta växter gör sin egen mat. Vissa – kända som parasiter – lever dock av att håna andra. Ny forskning ger överraskande insikter i hur dessa frilastare hittar sina värdar. Och att ta reda på hur man omintetgör deras taktik kan hjälpa till att rädda vår lunch. De nya uppgifterna kan till exempel visa bönder hur de kan skydda grödor som ris och bönor, som kan falla offer för sådana energitjuvande frilastare.
Ogräs är botaniska mobbare. De hotar att slå ut och ibland kväver värdefulla grödor eller landskapsväxter. Hur kan ett parasitiskt ogräsfrö hitta en ny värd – dess måltidsbiljett? Växter har inga ögon eller öron. Men de kan “lukta” genom att känna av kemiska signaler i miljön runt dem. Ändå måste de ha tålamod. Ett frö som spirar utan mat i närheten riskerar att svälta. Så frön av dessa arter lurar ibland i jorden i mer än ett decennium och väntar på en signal om att det är dags att växa. Det väckarklockan kan komma från kemikalier som kallas hormoner. Växtrötter frisätter dessa potenta signalföreningar.
Detta mycket hade redan varit känt: När en växt växer frisätter dess rötter strigolaktoner (Stry-go-LAK-toans) – dessa hormoner – i jorden. När fröet från en närliggande parasitväxt upptäcker hormonerna inser det att maten är nära. Så parasiten börjar växa fram speciella rotliknande utsprång. Dessa fortsätter att växa tills de når värden. Efter att de har låst sig på den värden börjar de suga näringsämnen från dess vävnader. Parasitiska ogräs “är som små vampyrer”, förklarar David Nelson. En genetiker vid University of Georgia i Aten ledde den nya studien.
Men hur dessa växthormoner signalerar parasitiska växter att växa har förbryllat forskare under lång tid. I själva verket är det nyckelfrågan som föranledde hans teams nya studie, som visas i 31 juli Science.
Nelson studerar hur växter tolkar signaler i sin miljö. För den nya studien undersökte han botaniska vampyrer i Orobanchaceae (Or-oh-ban-KASE-ee-ay) familjen. Denna familj omfattar mer än 2 000 arter. Nästan alla är parasiter, och många är kända för att skada grödor. Nelson tittade på hur parasiterna utvecklades – gradvis förändrades över generationer – för att känna av strigolaktoner som tillväxtsignaler.
“Mutant” radioapparater
Forskare hade känt till att skogsbränder får vissa frön att gro. År 2004 visade forskning att föreningar i röken som kallas karrikins var den spirande signalen. “Det var coolt”, säger Nelson om röksignalerna. “Men ingen visste hur de fungerade.”
För att ta reda på det bestämde Nelson sig för att screena skogsväxter för gener som skulle utlösa groning som svar på rök. Det är lite som att bestämma vilka delar av en radio som krävs för en viss funktion — till exempel volymkontroll.
Om han var en radiogenetiker, säger Nelson att han skulle “beställa 10 000 radioapparater, öppna dem och slumpmässigt bryta något i varje enhet.” Därefter letade han efter trasiga radioapparater som tappade volymkontrollen – till exempel de som förblev permanent högljudda eller de som aldrig slogs på i första hand.
Till sist samlade han alla radioapparater med volymkontrollproblem och öppnade dem för att ta reda på vilken del som var trasig.
Nelson och hans medarbetare använde ett liknande tillvägagångssätt för att undersöka hur växter känner av karrikiner. Först använde de kemikalier för att framkalla slumpmässiga förändringar — mutationer — i växternas DNA. Sedan undersökte forskarna den resulterande samlingen av mutanter. De letade efter växter som inte grodde som svar på rök. Slutligen jämförde de generna från dessa muterade växter med generna från växter som grodde normalt efter exponering för rök. De gener som var olika i de två grupperna av växter, tänkte de, skulle vara de som gjorde det möjligt för växter att känna av karrikinerna.
En gen som kom ut från skärmen var en stor överraskning. Tidigare forskning antydde att det krävdes för något helt annat: att svara på strigolaktoner.
Forskarna upptäckte sedan ytterligare två gener som hjälper växter att skilja en kemisk signal från en annan. En gen bär instruktioner för att göra cellegenskaper, kallade receptorer, som känner igen förekomsten av karrikiner. Den andra var ansvarig för receptorer som svarade på strigolaktoner.
Men det återstod ett pussel. Varje kemikalie orsakar olika växtbeteenden. Karrikins säger åt ett frö att gro. Strigolaktoner gör det vanligtvis inte. Hos de flesta växter verkar dessa hormoner under andra utvecklingsstadier, såsom förgrening av skott.
Så, hur kommer det sig att strigolakton utlöste groddar i vampyrplantorna?
Återanvändning för tillväxt
Nelson tänkte mer på strigolaktoner. De är komplicerade. Dessa hormoner finns i många typer. Växter reagerar på vissa av dem, men inte andra. Och strigolaktoner ger inte bara ett uppsving för frilastande parasiter. Föreningarna hjälper också växter att interagera med svampar i symbiotiska relationer – sådana som gynnar båda organismerna.
Nelson undrade om parasitväxter med tiden har kommit att tolka strigolaktoner annorlunda. Kanske anpassade de sitt karrikin-system för att spana efter dem som spirande ledtrådar.
Experiment som beskrivs i den nya Science uppsatsen visade att denna gissning var korrekt. När parasitiska växter utvecklades gjorde några extra kopior av sin gen för karrikinreceptorn. Några av de extra kopiorna fick förmågan att upptäcka strigolaktoner. (Evolutionsprocessen involverar vanligtvis slumpmässiga förändringar av gener som kommer att överföras till framtida generationer.)
Groddkontrollsystemet i parasitiska växter är inte längre aktiverat av karrikins. Det utvecklades, förklarar Nelson, för att triggas av signaler från värdväxter – dessa strigolaktoner.
“Det är ganska smart,” sa John Yoder till Science News for Students. “Ett helt system för ett ändamål har plockats upp av dessa parasiter och anpassats för ett annat ändamål.” Yoder studerar växtgenetik vid University of California i Davis. Han arbetade inte med den nya studien.
Michael Timko är växtbiolog vid University of Virginia i Charlottesville. Han tror att fynden kan hjälpa bönder vars skördar faller offer för vampyrogräs. Att bättre förstå hur växter svarar på strigolaktoner, säger han, kan tillåta biologer att skapa speciella versioner av dessa hormoner. Sådana kemikalier kan lura parasiter att gro utan någon värd i närheten. Då skulle parasiterna dö av svält, lämna värdgrödor att frodas och så småningom ta sig in på våra mattallrikar.
Kraftord
(för mer om Power Words, klicka här)
kemikalie
Ett ämne bildas av två eller flera atomer som förenas (blir sammanbundna) i en fast proportion och struktur. Till exempel är vatten en kemikalie gjord av två väteatomer bundna till en syreatom. Dess kemiska symbol är H
2
O.förening
(ofta används som synonym för kemikalie) En förening är ett ämne som bildas av två eller flera kemiska grundämnen förenade i fasta proportioner. Till exempel är vatten en förening gjord av två väteatomer bundna till en syreatom. Dess kemiska symbol är H
2O.
miljö
Summan av alla de saker som finns runt någon organism eller process och de förutsättningar de skapar för den organismen eller processen. Miljö kan syfta på vädret och ekosystemet som ett djur lever i, eller kanske temperaturen, luftfuktigheten och placeringen av komponenter i något elektroniksystem eller produkt.
DNA
(kort för
deoxiribonukleinsyra ) En lång, dubbelsträngad och spiralformad molekyl inuti de flesta levande celler som bär genetiska instruktioner. I allt levande, från växter och djur till mikrober, talar dessa instruktioner om för cellerna vilka molekyler de ska göra.
evolution
En process genom vilka arter genomgår förändringar över tid, vanligtvis genom genetisk variation och naturligt urval. Dessa förändringar resulterar vanligtvis i en ny typ av organism som är bättre lämpad för sin miljö än den tidigare typen. Den nyare typen är inte nödvändigtvis mer “avancerad”, bara bättre anpassad till de förhållanden under vilka den utvecklades.
svamp
(plural : svampar) En i en grupp en- eller flercelliga organismer som förökar sig via sporer och livnär sig på levande eller ruttnande organiskt material. Exempel är mögel, jäst och svamp.
gen
(adj genetiskt) Ett DNA-segment som kodar, eller innehåller instruktioner, för att producera ett protein. Avkommor ärver gener från sina föräldrar. Gener påverkar hur en organism ser ut och beter sig.
genetik
Måste göra med kromosomer, DNA och generna som finns i DNA. Det vetenskapsområde som behandlar dessa biologiska instruktioner är känt som genetik. Människor som arbetar inom detta område är genetiker.
genteknik
The direkt manipulation av en organisms genom. I denna process kan gener tas bort, inaktiveras så att de inte längre fungerar, eller läggas till efter att ha tagits från andra organismer. Genteknik kan användas för att skapa organismer som producerar mediciner eller grödor som växer bättre under utmanande förhållanden som torrt väder, varma temperaturer eller salta jordar.
gluten
Ett par av proteiner – gliadin och glutenin – sammanfogade och finns i vete, råg, dinkel och korn. De bundna proteinerna ger bröd, kakor och kakdegar sin elasticitet och seghet. Vissa människor kanske inte kan tolerera gluten bekvämt eftersom de är allergiska mot det eller lider av celiaki.
hormon (in botanik) En kemikalie som fungerar som en signalförening som talar om för celler i en växt när och hur de ska utvecklas, eller när de ska bli gamla och dö.
host
(in biologi och medicin) Den organism som en annan lever i. Människor kan vara en tillfällig värd för matförgiftande bakterier eller andra smittämnen.
karrikins
En familj av kemikalier som stimulerar frön att gro. De upptäcktes 2003 av australiensiska forskare. Termen kommer från ett australiensiskt aboriginalord — karrik — som betyder rök.
mutation
Vissa förändringar som uppstår till en gen i en organisms DNA. Vissa mutationer uppstår naturligt. Andra kan triggas av yttre faktorer, som föroreningar, strålning, mediciner eller något i kosten. En gen med denna förändring kallas en
mutant.
organism
Alla levande sak, från elefanter och växter till bakterier och andra typer av encelliga liv.
Orobanchaceae
En familj av blommande växter, allmänt känd som kvastrapor, som är kända för att mata värdväxter.
parasit
En organism som får fördelar från en annan art, som kallas en värd, men som inte ger den några fördelar. Klassiska exempel på parasiter inkluderar fästingar, loppor och bandmaskar.
durra Ett spannmål som odlas över hela världen. I många regioner odlas den som glutenfri mat för människor. I USA går det mesta av sorghum till djurfoder.
art
En grupp av liknande organismer som kan producera avkomma som kan överleva och föröka sig.
strigolactones
En familj av växthormoner. De stimulerar tillväxten av vissa svampar som erbjuder viktiga fördelar för växter.
symbios
(adj .
symbiotisk
) Ett förhållande mellan två arter som lever i nära kontakt. En art som lever på det här sättet och erbjuder stor hjälp till de andra arterna, kallas ibland en symbiont.
ogräs
(in botanik) En växt som växer vilt i, runt – och ibland kväver – värdefulla växter, såsom grödor eller landskapsarter (som gräsmatta, blommor och buskar). Ofta blir en växt en sådan botanisk översittare när den kommer in i en ny miljö utan naturliga rovdjur eller kontrollerande förhållanden, som hård frost. (i biologi, generellt) Även ett djur kan kallas “ogräs” om det kommer in i en miljö och börjar köra om det lokala ekosystemet.
Leave a Reply