Elk zaadje begint met een eenvoudig doel: water bereiken, voedingsstoffen verzamelen en rechtop blijven staan. Onder het oppervlak tasten wortelpunten de grond af en strekken zich uit in takken die de plant in leven houden. Onderzoekers hebben nu het moment getraceerd waarop die takken verschijnen tot autofagie, de recyclingroute die velen associëren met de gezondheidsvoordelen van vasten.
Wetenschappers van de Universiteit van Kopenhagen hebben de route in levende zaailingen in kaart gebracht. Ze observeerden de transcriptiefactor ARF7 verdwijnen en terugkeren in voorspelbare golven, elk gekoppeld aan een piek in het groeihormoon auxine. "Vasten is populair geworden, omdat het een verscheidenheid aan gezondheidsbevorderende effecten lijkt te hebben bij mensen, omdat periodes zonder voedsel ervoor zorgen dat het lichaam reinigingsprocessen activeert om verschillende afvalproducten in de cellen te verwijderen", legt assistent-professor Eleazar Rodriguez uit.
Het proces is afhankelijk van NBR1, een label dat gebruikte eiwitten naar een vacuole leidt voor afbraak. Elke ARF7-verwijdering reset het signaleringscircuit, zodat het een paar uur later opnieuw kan vuren. Wanneer autofagie vertraagt, hoopt ARF7 zich op, berichten duren lang en de wortel verliest zijn gebruikelijke ritme. Het patroon lijkt op circadiane ritmes die de bladopening sturen, maar richt zich uitsluitend op het bouwen van de verborgen helft van de plant.
De groep schakelde belangrijke autofagie-genen uit om de grenzen van de route te testen. Mutante zaailingen produceerden minder zijwortels en namen minder water op. "Toen we de autofagie van de plant verstoorden, was er overal afval en konden we het ARF7-eiwit tussen het afval detecteren", zegt Rodriguez. Microscopie onthulde gezwollen vacuolen vol puin, wat resulteerde in een schaars en inefficiënt wortelstelsel.
Omdat de recyclingtoolkit wordt gedeeld door bloeiende planten, openen de bevindingen nieuwe mogelijkheden voor veredelaars en bedrijven die microbiële bodemadditieven ontwikkelen. Het afstemmen van autofagie of het aanpassen van NBR1-tags kan wortels in staat stellen om dieper in de grond naar vocht te zoeken en kunstmest op te vangen voordat deze wegspoelt, waardoor de oogst wordt verbeterd zonder extra inputs. Proefpercelen in Denemarken testen deze ideeën al onder veranderende regenpatronen.