Studie ukazuje, že auxinová signální dráha řídí tvorbu kořenových vlásků pro absorpci dusíku

Rostliny vyvinuly různé adaptivní strategie pro optimalizaci využívání světelných a půdních zdrojů ve svém prostředí. Jednou z nejvýraznějších adaptivních reakcí je vývojová plasticita jejich kořenových systémů, která rostlinám umožňuje efektivně vyhledávat zásoby živin, které kolísají v prostoru a čase.

Jako klíčová složka při určování aktivního povrchu kořene představují kořenové vlásky silnou morfologickou vlastnost pro zlepšení získávání vody a živin. Kořenové vlásky jsou rozšíření epidermálních buněk, které účinně zvětšují povrch kořene a usnadňují průzkum půdy při hledání vody a živin. Vývoj kořenového vlasu začíná specifikací buněčného osudu, která určuje, zda se epidermální buňka stane buňkou tvořící vlas (trichoblast) nebo bezsrstou buňkou (atrichoblast).

„V naší studii poprvé ukazujeme, že nedostatek dusíku silně stimuluje prodlužování kořenových vlásků u modelového druhu Arabidopsis thaliana a že tato reakce je zásadní pro zdatnost rostlin při nízkém obsahu dusíku,“ vysvětluje Prof. Fyziologie a buněčná biologie“ na IPK Leibniz Institute.

“A pak jsme integrovali transkriptomiku, molekulární genetiku a přístupy buněčné biologie, abychom prokázali, že prodlužování kořenových vlásků indukované nízkým obsahem dusíku závisí na prostorově koordinované auxinové signalizační kaskádě, která vstupuje do vývojového programu kořenového vlásku prostřednictvím epidermálního transkripčního modulu RHD6-LRL3.”

Signalizační kaskáda se skládá ze tří stupňů. Prostřednictvím upregulace enzymů TAA1 a YUCCA8 zvyšuje nízký obsah dusíku akumulaci auxinu v kořenové špičce (krok 1, syntéza). Auxin je poté směrován do diferenciační zóny kořenového vlásku přes transportéry AUX1 a PIN2 (krok 2, transport). Po příchodu auxin aktivuje transkripční faktory ARF6 a ARF8, aby podpořil transkripční modul RHD6-LRL3, který je omezen na epidermis a řídí prodlužování kořenového vlasu v reakci na nízký obsah dusíku (krok 3, signalizace).

“Celkově naše výsledky naznačují, že prodlužování kořenových vlásků představuje dodatečnou systémově indukovanou strategii odezvy na hledání potravy pro využití dusíku v půdě, která nabývá ještě více na významu, protože nedostatek dusíku se stává závažnějším,” říká Dr. Zhongtao Jia, první autor studie. “Tato zjištění přidávají nový zdroj k našemu chápání reakcí na shánění potravy v prostředí s nízkým obsahem živin a rozšiřují mechanický rámec hormonálně regulovaného snímání živin v kořenech rostlin.”

Vzhledem k tomu, že hojnější a delší kořenové vlásky představují pro rostliny nízkonákladovou strategii, jak uvést kořeny do kontaktu s půdními živinami, pochopení toho, jak je vývoj kořenových vlásků regulován dusíkem, poskytuje nové reprodukční cíle pro vývoj plodin s vyšší účinností absorpce dusíku.

Zjištění jsou publikována v časopise Současná biologie.