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https://anchor.fm/botanyone/episodes/The-Why-and-How-of-Horizontally-Expanding-Leaf-Patterns-e16745e

Phyllotaxie ist die Anordnung der Blätter um den Stängel einer Pflanze. Das phyllotaktische Muster von Reispflanzen ist eine distiche Phyllotaxie: Blätter sind in zwei vertikalen Säulen auf gegenüberliegenden Seiten des Stängels angeordnet.

Zweizeilige Blattstellung kann in verschiedenen dreidimensionalen Anordnungen auftreten: Kulturreis besitzt gegenständige Blätter, die in zwei vertikalen Reihen wachsen und eine fächerartige Form bilden. Wilde Verwandte des Kulturreises haben gegenständige Blätter, die wechselständig angeordnet sind und eine sich horizontal ausbreitende radiale Form bilden.

Ein Verständnis der Mechanismen, die die Pflanzenarchitektur von Reis steuern wird es uns nicht nur ermöglichen, die Anpassung der Pflanzen an die Umgebung zu verstehen, sondern auch die Züchtung von Reissorten mit höheren Ertragspotenzialen erleichtern.

Yoshiki Tokuyama, Doktorand des Labors für Pflanzenzüchtung an der Hokkaido-Universität, und Kollegen in Japan führten ein Forschungsprojekt durch Entdecken Sie die Mechanismen radialer Blattmuster in Reis. Dazu verglichen sie die Wachstumsmuster von Wild- und Kulturreis mit unterschiedlicher Pflanzenform.

Die Autoren setzten mehrere Methoden ein, um diese Linien zu vergleichen:

• detaillierte Zeitverlaufs-Phänotypisierung – die Elevations- und Azimutwinkel der Halme wurden alle 1-2 Tage manuell gemessen,
• dreidimensionale Mikro-Computertomographie (Mikro-CT) – ein 3D-Bildgebungsverfahren, bei dem Röntgenstrahlen verwendet werden, um Schicht für Schicht in das Innere eines Objekts zu sehen,
• und Computermodellierung zur Analyse der Entwicklungsmechanismen auf Organebene.

Anhand der Phänotypisierungs- und Mikro-CT-Daten konnten die Autoren feststellen, dass Änderungen des Elevationswinkels im Haupthalm und des Azimutwinkels in den Primärtrieben (ein Trieb ist ein Zweig, der von der Basis der Pflanze ausgeht) zur radialen Form beitragen Entwicklung.

Die Autoren verwendeten Computermodellierung, um die Mechanik zu verstehen, die die Haupthalm- und Pinnenbewegung und die anschließende radiale Form bei Wildreis erzeugt. Laut Tokuyama „ermöglicht uns die Computersimulation, ausreichende Faktoren zu finden, um die Halmbewegungen zu erklären und sie unabhängig zu manipulieren.“ Die Bewegungen wurden durch drei kinematische Faktoren gesteuert simuliert: Abstammung Steuerung der Höhenabnahme des Haupthalms, Verbreitung Steuern der Bewegung der primären Lenker und Aufstieg Steuerung des Höhenanstiegs des Haupthalms und der primären Fräsen.

Die Rechenmodelle sagten voraus, dass eine Kombination von Bewegungen, einschließlich derjenigen, die von (Aufstieg) negativer Gravitropismus, erzeugt die radiale Gesamtform. Gravitropismus ist der Prozess, durch den Pflanzen die Anziehungskraft spüren und die Wachstumsrichtung ihrer Organe entsprechend anpassen können.

„Wir haben die Hypothese aufgestellt, dass einer der Faktoren, die die Aufwärtsbewegung im Modell steuern, negativer Gravitropismus ist. Negativer Gravitropismus wurde bei Wildreis jedoch noch nie analysiert“, erklärt Tokuyama.

Die Autoren bewerteten experimentell, wie sich negativer Gravitropismus auf die radiale Pflanzenform auf zwei Arten auswirkt. Sie bauten eine wilde Sorte mit um 45° geneigten Töpfen an, um festzustellen, ob die veränderte Richtung der Schwerkraft die Mechanik des Bestockungs- und Halmwachstums beeinflusst. Keine der vier bei 45° gewachsenen Pflanzen hatte eine radiale Pflanzenform. Wenn sie bei 90° gezüchtet wurden, reagierten die Knoten in der Nähe der Basis auf den Gravitationsreiz und vergrößerten ihre untere Seite, was dazu führte, dass sie nach oben wuchsen, was den negativen Gravitropismus in der Wildreis-Sorte bestätigte. Diese Arbeit zeigt, dass ein kinematisches Modell die Mechanismen erklären kann, wie sich die Form in distichen Phyllotaxie-Pflanzen als Teil ihrer Anpassung an die Umgebung ändert.