Jeder Samen beginnt mit einem einfachen Ziel: Wasser erreichen, Nährstoffe sammeln und aufrecht bleiben. Unter der Oberfläche sondieren Wurzelspitzen den Boden und erstrecken sich in Zweige, die die Pflanze am Leben erhalten. Forscher haben nun den Moment, in dem diese Zweige erscheinen, auf die Autophagie zurückgeführt, den Recyclingweg, den viele mit den gesundheitlichen Vorteilen des Fastens in Verbindung bringen.
Wissenschaftler der Universität Kopenhagen kartierten den Weg in lebenden Sämlingen. Sie beobachteten, wie der Transkriptionsfaktor ARF7 in vorhersehbaren Wellen verschwand und zurückkehrte, die jeweils mit einem Anstieg des Wachstumshormons Auxin verbunden waren. "Fasten ist populär geworden, da es anscheinend eine Vielzahl von gesundheitsfördernden Wirkungen beim Menschen hat, da Perioden ohne Nahrung den Körper dazu veranlassen, Reinigungsprozesse zu aktivieren, um verschiedene Abfallprodukte in den Zellen loszuwerden", erklärt Assistant Professor Eleazar Rodriguez.
Der Prozess beruht auf NBR1, einem Tag, der gebrauchte Proteine zur Zersetzung zu einer Vakuole leitet. Jede ARF7-Entfernung setzt den Signalweg zurück, sodass er einige Stunden später erneut ausgelöst werden kann. Wenn sich die Autophagie verlangsamt, reichert sich ARF7 an, Nachrichten laufen lange und die Wurzel verliert ihren üblichen Rhythmus. Das Muster ähnelt zirkadianen Rhythmen, die das Öffnen der Blätter steuern, sich aber ausschließlich auf den Aufbau der verborgenen Hälfte der Pflanze konzentrieren.
Die Gruppe deaktivierte wichtige Autophagie-Gene, um die Grenzen des Pfades zu testen. Mutanten-Sämlinge produzierten weniger Seitenwurzeln und nahmen weniger Wasser auf. "Als wir die Autophagie der Pflanze störten, gab es überall Abfall, und wir konnten das ARF7-Protein im Abfall nachweisen", sagt Rodriguez. Die Mikroskopie zeigte geschwollene Vakuolen voller Ablagerungen, was zu einem spärlichen und ineffizienten Wurzelsystem führte.
Da das Recycling-Toolkit von Blütenpflanzen gemeinsam genutzt wird, eröffnen die Ergebnisse neue Optionen für Züchter und Unternehmen, die mikrobielle Bodenadditive entwickeln. Das Optimieren der Autophagie oder das Anpassen von NBR1-Tags könnte es Wurzeln ermöglichen, tiefer im Boden nach Feuchtigkeit zu suchen und Dünger aufzufangen, bevor er weggespült wird, wodurch die Ernte ohne zusätzliche Inputs verbessert wird. In Dänemark werden bereits Pilotparzellen getestet, um diese Ideen unter sich ändernden Regenmustern zu untersuchen.