Wurzeln sind für Pflanzen von entscheidender Bedeutung, um Wasser und Nährstoffe zu finden. Sie können auch teuer in der Anzucht sein, also muss eine Pflanze sie in die richtige Richtung schicken. Wie machen sie das? Ein neuer Artikel von Daniel von Wangenheim und Kollegen in Nature Plants untersucht dies wie Seitenwurzeln in den frühesten Stadien ihrer Entstehung in Richtung Wasser wachsen.

Das Innere der jungen Wurzel ist fast eine Reihe konzentrischer Schichten. Von außen geht man durch die Epidermis, den Kortex und die Endodermis, bis man auf das Perizykel trifft. Das Perizykel ist eine Zellschicht, die die Stele umgibt, den Kern der Wurzel, der das Gefäßgewebe enthält. Das Gefäßgewebe ist das Xylem, das Wasser und Mineralien von den Wurzeln nach oben transportiert, und das Phloem, das den Zucker aus den Blättern transportiert. Wenn Sie einen Querschnitt einer Wurzel schneiden würden, würden Sie sehen, wie sich das Xylem wie eine Stange von einer Seite der Stele zur anderen erstreckt, als ob es zwei Enden oder „Pole“ hätte.

De Smet hat eine kleine Rezension geschrieben, das fasste zusammen, was 2011 bekannt war. Es ist keine Neuigkeit, dass Seitenwurzeln aus dem Perizykel wachsen. Es überrascht auch nicht, dass die Wurzeln an den Xylem-Polen zu wachsen scheinen. Die Seitenwurzeln sind Ergänzungen zu den internen Rohrleitungen einer Pflanze, also müssen die „Rohre“ verbunden werden. Daher muss es in der Hauptwurzel einen Weg bis zum Xylem geben.

Ein Merkmal, das von Wangenheim und Kollegen herausgefunden haben, ist, dass die Seitenwurzeln zu dieser Seite hin wachsen, wenn die Tendenz besteht, dass sich Wasser auf einer Seite der Wurzel befindet. Das sollte auch keine Überraschung sein. Wurzeln zu bauen kostet Energie und Material, die Pflanze wird das dort tun wollen, wo sie den besten Ertrag erzielt. Aber es gibt eine Überraschung, auf welcher Seite der Wurzel die Seitenwurzeln aus dem Perizykel zu wachsen beginnen. Wenn es zwei Xylem-Pole gibt, ist es genauso wahrscheinlich, dass Sie Seitenwurzeln finden, die von der trockenen Seite ausgehen, wie Sie die feuchte Seite sind.

Aber als das Team von von Wangenheim Wurzeln auf Agargel züchtete, um zu sehen, wie sich ursprüngliche Seitenwurzeln entwickelten, fanden sie keine Wurzeln von beiden Seiten, die sich auf die gleiche Weise verhielten. „Die auf der Luftseite austretenden Anlagen orientierten sich hauptsächlich zur Geloberfläche. Im Gegensatz dazu“, schreiben sie, „sind auf der Kontaktseite beginnende Primordien hauptsächlich parallel zur Geloberfläche orientiert. Diese Ergebnisse zeigen, dass der seitliche Wurzelauswuchswinkel sehr plastisch ist und die Organentwicklung bevorzugt in Richtung extern verfügbarer Wasserquellen lenkt.“

Das Team machte sich daran, herauszufinden, wie früh die seitliche Wurzel beginnt, schräg zu wachsen. Früher dachte man, dass die Zellen über dem Xylempol am wichtigsten für die Entwicklung der neuen Wurzel seien. Durch asymmetrisches Wachstum lenken jedoch auch die Zellen, die die zentrale Zelldatei umgeben, die Wurzel.

Beim Betrachten früherer Arbeiten zu diesem Thema zum Schreiben dieses Beitrags fand ich viele molekulare Beiträge zum lateralen Wurzelwachstum, aber wenig auf zellulärer Ebene. Es scheint, dass es nicht nur an meinen schlechten Suchfähigkeiten liegt. Von Wangenheim und Kollegen schreiben: „Im Gegensatz zu diesen früheren Studien, die sich auf die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen konzentrierten, die dieses Verhalten steuern, konzentrierte sich diese Studie auf Mechanismen im Maßstab von Zelle zu Organ, die zum Wachstum des LRP als Reaktion auf Wasser beitragen Verfügbarkeit. Unsere Studie zeigt, dass im Gegensatz zur Xylempolachse die Auswahl von Perizyklus-Zelldateien, die eine neue laterale Wurzelanlage initiieren, mit der externen hydrologischen Landschaft verbunden ist.“

Besonders interessant ist die Trennung zwischen den beiden Elementen. Die Ausrichtung der Wurzel vom Perizykel zeigt, dass die Verfügbarkeit von Wasser für die Ausrichtung der Wurzel von entscheidender Bedeutung ist. Im Gegensatz dazu zeigt die Initiation von beiden Xylempolen, dass irgendwo das Signal zum Starten des Prozesses unabhängig von diesem hydrologischen Sinn ist. Ich frage mich, ob es etwas Offensichtliches gibt, das ich übersehe, das erklärt, warum das Wachstum nicht immer am Xylempol auf der feuchtesten Seite beginnt.

Durch äußerst kluge und gekonnte Arbeit konnte das Team um von Wangenheim aufzeigen, dass es ein Problem bei der Verknüpfung der Zell- und Organentwicklung mit den molekularen Mechanismen gibt, die das Seitenwurzelwachstum steuern. Die Veröffentlichung enthält zudem eindrucksvolle Bilder und Videos, die ihre Arbeit veranschaulichen.

LESEN SIE DEN ARTIKEL

von Wangenheim, D., Banda, J., Schmitz, A., Boland, J., Bishopp, A., Maizel, A., Stelzer, E. und Bennett, M. (2020) Frühe Entwicklungsplastizität der Seitenwurzeln als Reaktion auf asymmetrische Wasserverfügbarkeit. Nature Plants, 6(2), S. 73–77. Verfügbar unter: https://doi.org/10.1038/s41477-019-0580-z.
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