En skada på en enda rotcell kan utlösa en reaktion i en närliggande växt inom en sekund. Det visar forskning vid Sveriges lantbruksuniversitet, SLU. Forskarna har också identifierat en kemisk signal som kan få friska rötter att ändra växtriktning.
Resultaten presenteras i Julie Duclas doktorsavhandling och ger en närmare bild av hur växter påverkar varandra under marken. Reaktionerna omfattar både snabb signalering i cellerna och förändringar i rötternas fortsatta tillväxt.
En laser skadade en enda cell
I försöken placerades små plantor av backtrav nära varandra. Backtrav används ofta som modellväxt eftersom den lämpar sig väl för kontrollerade experiment.
Med en laser kunde forskaren skada en enskild cell i den ena plantans rot. Därefter följdes reaktionen i grannplantan med avancerad mikroskopi.
Inom en sekund uppstod en kalciumsignal i den oskadade roten. Kalcium fungerar som en signalbärare i växtceller och hjälper till att samordna deras reaktioner på förändringar i omgivningen.
Den snabba signalen ska skiljas från själva tillväxtförändringen. Roten bytte alltså inte riktning på en sekund; det var cellernas tidiga reaktion som registrerades så snabbt. Försöksupplägget beskrivs i Forskning.se:s rapportering om SLU-forskningen.
Protoner förmedlade signalen
Forskarna undersökte sedan vad som förde informationen mellan rötterna. Resultaten pekade på protoner, vätejoner som gör omgivningen surare när deras koncentration ökar.
För att pröva förklaringen användes en organisk elektronisk jonpump. Den kunde tillföra protoner nära roten utan att samtidigt skapa ett vätskeflöde. Därmed gick det att undersöka protonernas effekt mer separat.
Tillförseln utlöste en liknande reaktion som skadan på grannroten. Avhandlingen visar också att tillfällig försurning utanför cellerna påverkade aktiviteten i gener kopplade till stress och försvar.
Signaleringen omfattade både kalcium och reaktiva syreföreningar. Tillsammans bidrog processerna till att reglera rötternas växtriktning, enligt avhandlingen hos SLU.
Friska rötter växte bort från skadan
Forskarna såg att oskadade rötter ändrade tillväxtriktning bort från den skadade grannen. En rot från backtrav kunde dessutom reagera på en skadad tomatrot, vilket tyder på att reaktionen inte enbart fungerar mellan individer av samma art.
Merparten av försöken genomfördes i ett genomskinligt odlingsmedium. Där är det lättare att följa cellernas signaler än i jord.
Med en anpassad avbildningsmetod kunde forskarna även visa reaktioner mellan rötter i jord. Det stärker resultatens relevans utanför den enklaste laboratoriemiljön.
Ger kunskap om växters stressreaktioner
Forskningen beskriver en biologisk signalmekanism. Den visar inte att växter medvetet varnar varandra eller upplever skador på samma sätt som djur.
Resultaten innebär heller inte att metoden redan kan användas för att skydda grödor. Däremot ger de ett underlag för fortsatt forskning om hur växters försvar och tillväxt påverkas av närliggande rötter. För att förstå en växts reaktion på skador kan forskare alltså behöva undersöka även dess grannar.