Obwohl Rhizome unterirdisch sind, sind sie Stängel, keine Wurzeln. Wie andere Stängel haben sie Knoten, die andere Stängel nach oben drücken können. Da sie unter der Erde geschützt sind, sind sie auch nützliche Speicherorte für Kohlenhydrate, Wasser und Nährstoffe. Für Pflanzen wie Gräser kann ein starkes Rhizomnetzwerk also eine wichtige Hilfe beim Überleben und bei der Vermehrung sein. Doch was steuert ihre Entwicklung? Xiqing Ma und Kollegen haben Nachforschungen angestellt Signalisierung im Hochschwingel, Festuca arundinacea, um zu sehen, was die Rhizomentwicklung ein- und ausschaltet.
Dazu sammelte das Team Pflanzen von der Torfgras-Zuchtfarm der Rutgers University. Sie wählten Pflanzen mit der gleichen Anzahl von Trieben aus, wobei Rhizome entfernt wurden, und pflanzten sie in Kisten, die mit gefrittetem Ton gefüllt waren, um zu sehen, wie sich Trockenstress und erneute Bewässerung auf sie auswirkten. Die Pflanzen hatten ein paar Wochen Zeit, um sich in ihrem neuen Zuhause einzuleben, und dann begann das Experiment.
Die erste Gruppe war die Kontrollgruppe. Sie waren wie immer gut bewässert. Bei der zweiten Gruppe wurde eine Woche lang nicht bewässert, bevor mit der Wiederbewässerung begonnen wurde. Das Team maß die Anzahl der Rhizome, Triebe und Wurzeln sowie die Länge der einzelnen Rhizome an 30 Pflanzen aus jeder Gruppe nach der Dürre- und Wiederbewässerungsphase. Sie untersuchten auch den Hormon- und Zuckergehalt der Pflanzen, um zu sehen, was in ihnen vor sich ging, und stellten fest, dass die innere Chemie je nach Phase des Experiments, in der sich die Pflanze befand, unterschiedlich war.
„Die durch Trockenheit induzierte Hemmung der Rhizom-Initiation könnte hauptsächlich mit der ABA-Akkumulation (NCED) und Signalübertragung (PYLs, PP2Cs, SnRK2s und ABFs), mit dem Energiestoffwechsel zusammenhängenden Genen/Proteinen (Galactinol-Synthase, Raffinose-Synthase, Glutamat-5-Kinase) und Stressreaktionsproteine (Dehydrinproteine, HSP17, LEA-Proteine). Trockenstress hemmte die Rhizomverlängerung über die Regulierung von GA4, Antioxidantien (ASA/DHA/GSH/GSSG) und Energiestoffwechsel sowie Proteinmodifikations-/Stressantwortproteinen (ASA, MDHAR, GR, Cellulosesynthase, Chaperon und HSP70-Proteine). ). Die Rhizomregeneration oder -initiierung als Reaktion auf die Wiederbewässerung betraf IAA- und Lipidstoffwechselgene (Phospholipase A2, Lipoxygenase, Allenoxidsynthase) und Proteine, die an der sekundären Zellwandentwicklung beteiligt sind (GDSL-Esterase/Lipase und trans-Cinnamat-4-Monooxygenase) und Stickstoffremobilisierung und -zyklus (Asparagin-Glutamin-hydrolysierende Synthetase)“, schreiben Ma und Kollegen.
Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, einige der Faktoren zu erklären, die das Überleben von Grünland bei Dürre beeinflussen, sagen die Botaniker. „Das Überleben der Rhizome während der Dürre und das Nachwachsen bei erneuter Bewässerung sind von entscheidender Bedeutung für die Aufrechterhaltung der Bestände und die Produktivität von rhizomartigen Pflanzenarten in Gebieten mit sporadischen Niederschlagsereignissen oder Mangel an Wasser für die Bewässerung. Dies liegt daran, dass Rhizome als unterirdische Stängel in der Lage sind, neue Tochterpflanzen aus Rhizomknoten zu regenerieren, die meristematisches Gewebe enthalten, was ein einzigartiges Unterscheidungsmerkmal von anderen Teilen einer Pflanze wie Blättern, Wurzeln, Trieben oder Seitenzweigen ist … durch eine integrative Analyse von Transkriptom- und Proteomprofilen identifizierte diese Studie wichtige Gene und Proteine, die an der Dürrehemmung des Rhizomwachstums und der Initiierung oder Regeneration neuer Rhizome und der Rhizomverlängerung als Reaktion auf die Wiederbewässerung bei mehrjährigen Grasarten beteiligt sein könnten.“
