Nå vet vi hvordan hver eneste rotcelle i en tomatplante er programmert

Disse såkalte karplantene har siden evolvert mange finurlige løsninger for å tilpasse seg ulike typer miljøer, og omgivelser i stadig endring. Kunnskap om hvordan ulike planteceller er programmert til å utføre spesifikke funksjoner vil kunne hjelpe oss med å finne løsninger på klimautfordringene.  

Det meste av det vi vet om utviklingen av ledningsvev i karplanter har vi lært gjennom å studere røtter i blomsten vårskrinneblom (Arabidopsis). For bedre å forstå evolusjonen av mangfoldet og kompleksiteten i utviklingen av plantenes rotceller, har amerikanske forskere nå analysert hvilke deler av arvematerialet som er aktivert (det vil si hvilke gener som er uttrykt) i tomatplanter og risplanter, og sammenlignet dette med funn fra vårskrinneblom.  

Resultatene ble publisert i det anerkjente tidsskriftet Cell 18.mai 2021. Én av medforfatterne på artikkelen, er NMBU-professor Torgeir Rhoden Hvidsten.  

– Vi har brukt avanserte analysemetoder til å måle genuttrykket i ulike celletyper i planters røtter. Disse celletypene oppstår når «stamceller» utvikler seg til mer spesialiserte celler som for eksempel de som utgjør ledningsvev. Våre funn indikerer at disse celletypene nok har et felles evolusjonært opphav, men at det er store forskjeller i genuttrykk mellom artene. Interessant nok er det «stamcellene» som ligner mest på hverandre mens det er større forskjeller i de spesialiserte celletypene. Dette reflekterer hvordan ulike arter har tilpasset seg ulike forhold gjennom å evolvere reguleringen av celletypeutvikling. Dette er et fenomen som tidligere er observert også i dyr, sier Hvidsten. 

Plantenes tilpasningsevne  

Hvidsten tilbragte i 2019/2020 et år ved University of California, Davis. Her var han en del av forskningsmiljøet til Siobhan Brady (BradyLab), som står bak Cell-artikkelen.  

Ved Siobhan Bradys laboratorium arbeider forskerne med å avdekke hvordan ulike celler i planters røtter responderer på stress fra omgivelsene. Gjennom bedre innsikt i hvordan plantene tilpasser seg, håper forskerne å kunne bidra med løsninger til dagens og fremtidens klimautfordringer.   

– Røtter er essensielle planteorganer som viser stor variasjon mellom arter som er tilpasset jord med ulikt næringsinnhold, vanntilgang og lignende. Innsikter fra denne artikkelen kan brukes i foredling av matplanter som er mer robuste og tilpasningsdyktige i en verden med store miljøforandringer, sier Hvidsten. 

Les videre for sammendrag av Cell-artikkelen på engelsk.

Abstract in English: 

Plant species have evolved myriads of solutions to adapt to dynamic environments, including complex cell type development and regulation. To understand this diversity, we profiled tomato root cell type translatomes and chromatin accessibility.  

Using xylem differentiation in tomato, relative to Arabidopsis, examples of functional innovation, repurposing and conservation of transcription factors are described. Repurposing and innovation of genes are further observed within an exodermis regulatory network and illustrate its function.  

Translatome analyses of rice, tomato and Arabidopsis tissues suggest that root meristems are more conserved, and that the functions of constitutively expressed genes are more conserved than those of cell type/tissue-enriched genes. These observations suggest that higher-order properties of cell type and pan-cell type regulation are conserved between plants and animals.