Najnowsze badania opublikowane w czasopiśmie Nature Plants rzucają nowe światło na mechanizmy molekularne sterujące wzrostem, wytrzymałością oraz przetrwaniem roślin na poziomie komórkowym. Naukowcy skoncentrowali się na dwóch fundamentalnych procesach: końcowym etapie podziału komórkowego (cytokinezie) u roślin zielnych oraz kształtowaniu struktury drewna u drzew wieloletnich.
W pierwszym badaniu, przeprowadzonym na modelowej roślinie Arabidopsis thaliana, biolodzy przeanalizowali działanie białek motorycznych – kinezyn z rodziny KINESIN-12. Białka te odpowiadają za transport materiału budulcowego podczas formowania fragmoplastu – tymczasowej struktury, na bazie której powstaje nowa przegroda komórkowa. Okazało się, że wewnątrz rodziny KINESIN-12 istnieje niezwykle rygorystyczny podział ról.
Część białek kieruje pęcherzyki błonowe ku przedniej krawędzi fragmoplastu, zapewniając montaż nowej blaszki komórkowej, podczas gdy inne stabilizują oddziaływania mikrotubul z błoną na jego tylnym brzegu. Bez tej precyzyjnej koordynacji prawidłowy podział komórek staje się niemożliwy, co bezpośrednio hamuje wzrost i regenerację tkanek u takich upraw jak pszenica czy soja.
Drugie badanie ujawnia mechanizm, za pomocą którego topola reguluje wytrzymałość swojego systemu przewodzącego wodę (ksylemu). Podczas przepływu soków wewnątrz naczyń drzewa powstaje silne ciśnienie wewnętrzne, a aby zapobiec deformacji ich ścian, roślina uruchamia ścieżkę sygnałową opartą na wapniu. Po odebraniu określonych bodźców w komórkach aktywuje się enzym – kinaza białkowa zależna od wapnia CPK3. Enzym ten fosforyluje (modyfikuje chemicznie) białko przełącznikowe, czyli czynnik transkrypcyjny ERF72.
Aktywowany ERF72 włącza geny odpowiedzialne za przyspieszoną syntezę ligniny – naturalnego polimeru spajającego włókna celulozowe. W rezultacie wtórne ściany komórkowe naczyń ksylemu ulegają pogrubieniu, przekształcając się w sztywne, wzmocnione kanały. Analiza dziko rosnących topoli potwierdziła, że naturalne różnice w aktywności tego modułu ściśle korelują z warunkami wilgotnościowymi panującymi w ich siedliskach.
Odkrycia te przenoszą hodowlę roślin z obszaru ślepych eksperymentów w sferę precyzyjnej inżynierii. Znając konkretne cele w postaci genów KINESIN-12 oraz pary CPK3–ERF72, genetycy zyskują możliwość wykorzystania systemów celowanej edycji genomu (CRISPR/Cas9). Dla rolnictwa może to oznaczać szansę na przyspieszenie przyrostu masy wegetatywnej zbóż, natomiast dla leśnictwa – możliwość kierunkowej regulacji gęstości drewna i odporności układu naczyniowego drzew, co zmienia drobne mechanizmy białkowe w skuteczne narzędzia zarządzania całymi ekosystemami.
