Juuren kasvun perusmekanismi selvitetty Helsingin yliopistossa

Kasvin juuri kasvaa kolmessa vaiheessa. Juuren kärjessä on vyöhyke, jossa solut jakautuvat vilkkaasti. Taaempana juuressa olevat solut kasvavat pituutta, ja lopulta ne alkavat muuntautua eri tehtäviin, kuten veden ja ravinteiden keruuseen ja kuljettamiseen.

Juuren kasvun säätelyn ydinmekanismi on nyt selvitetty Helsingin yliopistossa. Keskeinen tekijä on solunjakautumista ylläpitävä Plethora-proteiini, jota tuotetaan kapealla alueella juuren kärjessä sijaitsevissa kantasoluissa. Tämän vuoksi proteiinia on kantasoluissa eniten.

– Kantasolujen ulkopuolella proteiinin määrä puolittuu joka kerta, kun solut jakautuvat. Lopulta proteiinia on soluissa niin vähän, etteivät ne enää pysty pysyttelemään jakautumisvaiheessa. Silloin solut alkavat kasvaa pituutta ja erilaistua juuressa tarvittaviksi solutyypeiksi, akatemiatutkija Ari Pekka Mähönen Helsingin yliopiston Biotekniikan instituutista kuvailee.

Auksiini ohjaa hienovaraisesti

Kasvihormoni auksiini hienosäätää juuren kasvua. Jos solussa on riittävästi Plethora-proteiinia, auksiini vaikuttaa solunjakautumisen nopeuteen. Jos proteiinia on vähän tai sitä ei ole ollenkaan, auksiini säätelee solun erilaistumista ja pituuskasvua.

Tutkijat huomasivat tietokoneavusteisen mallinnuksen ja kokeiden avulla, että tämä Plethoran ja auksiinin välinen kaksitasoinen säätely pitää juuren rakenteen ja kasvun vakaana, vaikka olosuhteet muuttuisivatkin. Kun Plethora-proteiinin määrän vähenee kärjestä lähtien, juureen syntyvät säännölliset jakaantumis-, pituuskasvu- ja erilaistumisvyöhykkeet. Vyöhykejako pysyy, vaikka juuren kasvusuunta vaihtuisikin.

– Maan vetovoima ja muut ympäristötekijät muuttavat nopeastikin solujen auksiinipitoisuutta, ja auksiinipitoisuus taas määrittelee juuren kasvusuuntaa. Eli Plethora-proteiini vastaa vakaasta kasvusta, ja auksiini ohjaajuuren kasvusuunnan. Kasville on tärkeää suunnata juurensa sinne, mistä ravinteet ja vesi todennäköisimmin löytyvät.

Tutkimus on tehty yhteistyössä hollantilaisen tutkimusryhmän kanssa.

Tutkimus on julkaistu Nature-lehdessä: PLETHORA gradient formation mechanism separates auxin responses.