Neue Forschungsergebnisse zeigen, wie klonale Pflanzen ihre Blätter als Reaktion auf simulierte Insektenschäden umstrukturieren können. Ein Artikel von Xuxu Chai und Kollegen beschreibt, wie klonale Pflanzen wie Büffelgras, Bouteloua dactyloides, Verbreitung über unterirdische Stängel, sogenannte Stolonen, die mehrere verwurzelte Stängel, sogenannte Ramets, verbinden. Diese Stolon-Verbindungen ermöglichen es der Anlage, Ressourcen und Signale zwischen Ramets zu teilen.
Pflanzen reagieren oft auf Herbivorie, indem sie ihre Blätter verdicken und die Aderndichte erhöhen, was mehr strukturelle Unterstützung bietet. Sie können auch „Pflanzenfressersignale“ durch ihr Gefäßsystem übertragen, um unbeschädigte Blätter zu alarmieren und systemische Abwehrkräfte zu induzieren. Chai und Kollegen untersuchten, ob Büffelgras-Ramets sich wie einzelne Pflanzen verhielten oder ob sie über die Ausläufer Informationen zwischen Ramets austauschten.
Um zu untersuchen, wie die klonale Integration diese Reaktionen beeinflusst, unterzogen die Forscher Ramet-Paare von Buffalo Grass verschiedenen Stufen der Blattentfernung, wobei die Stolon-Verbindung zwischen ihnen entweder durchtrennt oder intakt gelassen wurde. Es gab insgesamt sechs Behandlungen, wobei die „Tochter“ Ramet 0 %, 40 % oder 80 % Entlaubung erlitt, während die „Mutter“ Ramet unbehelligt blieb. Diese drei Bedingungen wurden mit und ohne Stolonverbindung zwischen den Ramets wiederholt, um die sechs Experimente zu erzeugen.
Die Ramets durch den Stolon verbunden zu lassen, hatte eine deutliche Wirkung. Während die Ramets Klone sind, sind „Mutter“ und „Tochter“ nicht gleich, schreiben Chai und Kollegen.
Ohne simulierte Herbivorie stärkte die klonale Integration das Gefäßsystem von Mutter-Ramets durch Erhöhung der Venendichte und Reduzierung der Blattzahl, Blattdicke, des Mittelrippendurchmessers und der adaxialen/abaxialen epidermalen Zellgröße… Im Gegensatz dazu hatte die klonale Integration negative Auswirkungen auf die Blattaderung von unbelasteten Tochter-Ramets , und die meisten anatomischen Merkmale der Blätter wurden auch durch die klonale Integration negativ beeinflusst, mit Ausnahme der Anzahl der Bündelhüllenzellen.
Chai et al. 2023
Das Entfernen von 40 % der Blätter von einem „Tochter“-Ramet führte zu einer Zunahme der Venendichte und Dicke der Kutikula auf beiden Seiten des Blattes, einer Abnahme der Blattbreite und der Zellgröße. Das Entfernen von 80 % der Blätter hatte jedoch einen viel geringeren Effekt auf die Tochter Ramets. Stattdessen versuchten die Ramets, neue Blätter zu züchten, anstatt die Struktur dessen zu verändern, was sie übrig hatten.
Die Geschichte für die verbundene „Mutter“ Ramet ist etwas anders. Das entfernte Entlauben eines Ramets bei 40 % führte dazu, dass der verbundene, unbeschädigte Ramet die Blattbreite und Zellgröße erhöhte und die Venendichte verringerte. Als der abgelegene Ramet zu 80 % entblättert war, schlug der „Mutter“-Ramet einen anderen Weg ein. Es reduzierte die Kosten für die mechanische Konstruktion der Blätter und erzeugte weniger Blätter, aber eine größere Blattbreite.
In natürlichen Grünland- und Rasenökosystemen können Insekten und Pflanzenfresser konstanten biotischen Herbivore-Stress auf das Pflanzenwachstum ausüben, was zu Entlaubung und Stolon-/Rhizom-Abtrennung führen kann. Unsere Studie zeigte, dass induzierte Abwehrsignale von entblätterten jüngeren Ramets übertragen werden können B. Dactyloides zu älteren Ramets; Die klonale Integration kann die Blattmikrostruktur von miteinander verbundenen Ramets entsprechend dem Grad des Pflanzenfresserstresses regulieren. Da Insektenfraß jedoch ein ziemlich unsicheres und komplexes Ereignis ist, könnte die Reaktion der Blattmikrostruktur auch mit Ressourcenreserven und der Effizienz der Ressourcenaufnahme zusammenhängen; Signal- und Ressourcenübertragung zwischen B. Dactyloides Ramets können daher komplizierter sein als in unserem Experiment gezeigt. Wir schlagen vor, dass die Funktion von Stolonen weit mehr ist als die Translokation von Ressourcen, sondern auch die Koordination der Mikrostruktur verschiedener klonaler Teile, insbesondere des Blattgefäßsystems von miteinander verbundenen Ramets, für eine bessere Leistung des gesamten Gens.
Chai et al. 2023
Die klonale Integration hilft jüngeren Ramets, ihre Blattstruktur basierend auf dem Grad der Herbivorie anzupassen, insbesondere durch Änderung der Venendichte. Dies ermöglicht es der Pflanze als Ganzes, Wachstum und Verteidigung angesichts von Schäden zu optimieren. Die Ergebnisse zeigen einen ausgeklügelten Mechanismus, mit dem klonale Pflanzen Bedrohungen wahrnehmen und darauf reagieren.
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Chai, X., Sun, X., Cui, X., Johnson, PG und Fu, Z. (2023) „Die klonale Integration reguliert systemisch die Blattmikrostruktur von Bouteloua dactyloides miteinander verbundene Ramets, um sich besser an verschiedene Ebenen von simuliertem Insektenfraß anzupassen" AoB PLANTS, 15(2), plac062. Verfügbar um: https://doi.org/10.1093/aobpla/plac062
