O echipă de cercetare condusă de Universitatea Nagoya din Japonia a descoperit un nou țesut în plante care este necesar pentru a forma semințe. Descoperirea lor reprezintă primul țesut vegetal nou descoperit în 160 de ani, iar descoperirile deschid o nouă cale de cercetare și au demonstrat deja aplicații practice, echipa crescând randamentele culturilor importante, inclusiv orezul.
Din 2005, oamenii de știință știu că fertilizarea este necesară pentru ca corpul semințelor, cunoscut sub numele de hipocotil, să primească nutrienți din părțile „mamă” ale plantei. Înțelegerea modului în care plantele detectează fertilizarea reușită este importantă pentru maximizarea randamentelor culturilor în timpul reproducerii.
O echipă de cercetare condusă de Ryushiro Kasahara și Michitaki Nodaguchi a făcut descoperirea noului țesut din întâmplare. Kasahara a colorat semințele pentru a urmări depunerea de caloză, o substanță ceară studiată în mod obișnuit pentru legătura ei cu fertilizare, pentru a verifica concluziile studiului anterior. Această lucrare a fost publicată în revista Current Biology.
În timp ce studia zonele colorate, Kasahara a observat ceva neașteptat. "Plantele sunt fertilizate prin introducerea unui tub de polen, așa că majoritatea oamenilor de știință sunt interesați doar de locația în care se întâmplă acest lucru. Totuși, am găsit semnale și din partea opusă. Nimeni nu s-a uitat unde m-am uitat eu. Îmi amintesc că am fost surprins, mai ales când am realizat că acest semnal era deosebit de puternic atunci când fecundarea a eșuat", spune cercetătorul.
O analiză ulterioară a relevat o structură tisulară distinctă, similară ca formă cu cea a iepurelui, care funcționează ca o poartă de acces. Această structură, numită Poarta Kasahara după descoperitorul ei, reprezintă primul țesut vegetal nou identificat de la mijlocul secolului al XIX-lea.
Semnalul observat de Kasahara a rezultat dintr-un depozit de caloză, care blochează fluxul de nutrienți și hormoni în semințele nefertilizate. Închiderea porților a însemnat că semințele au fost lipsite de nutrienți și au murit. Cercetătorii au numit asta „starea închisă”. Pe de altă parte, atunci când are loc fertilizarea, hipocotilul detectează acest succes și dizolvă caloza, permițând nutrienților să intre în semințe și permițând creșterea. Cercetătorii au numit asta „starea deschisă”.
„Când fluxul de nutrienți a fost comparat între embrionii fertilizați cu succes și embrionii eșuați, s-a constatat că fluxul de nutrienți a fost văzut doar la embrionii de succes, în timp ce a fost complet blocat la embrionii eșuați”, a explicat Kasahara. „Acest lucru limitează cantitatea de resurse risipite pe semințe neviabile”.
Capacitatea porții de a comuta între starea deschisă și cea închisă sugerează reglarea genetică. Cercetătorii au examinat hipocotilii fertilizați ai plantelor pentru a identifica potențialele controale genetice. Ei au identificat o genă numită AtBG_ppap care a fost activată exclusiv în hipocotilii fertilizați și i-au determinat rolul în dizolvarea calozelor. Când au modificat hipocotilul pentru a supraexprima AtBG_ppap, poarta a rămas permanent deschisă, crescând absorbția de nutrienți.
"Acest lucru ne-a condus la realizarea că menținerea poarta deschisă tot timpul ar putea crește semințele. Când am testat această teorie cu semințe de orez, am obținut semințe care erau cu 9% mai mari. Cu semințe ale altor specii, am reușit să obținem o creștere de până la 16,5%", a spus Kasahara.
Depunerea de caloză scade de la A la C, dar crește de la D la E. (A-C) Ovule de tip sălbatic la 1 zi post-polenizare (DAP) (A), 2 DAP (B) și 3 DAP (C). (D-F) Ovule modificate genetic la 1 DAP (D), 2 DAP (E) și 3 DAP (F). Autor: Ryushiro Kasahara.
Constatările reprezintă un progres semnificativ în îmbunătățirea semințelor în ameliorarea plantelor. Menținerea containerelor deschise în orice moment poate crește semnificativ randamentul culturilor importante.
Kasahara crede, de asemenea, că aceste rezultate vor oferi perspective asupra evoluției plantelor, în special de ce plantele cu flori (angiosperme) domină flora modernă.
"Întrucât un hipocotil nefertilizat nu poate deveni sămânță de la început, hrănirea lui ar fi „risipă” pentru plantă. Așadar, angiospermele au putut supraviețui până în zilele noastre hrănind corpul embrionului, folosind acest mecanism pentru a se asigura că oferă resurse doar semințelor fertilizate", a explicat el.
