Leah Shaffer, Vaşinqton Universiteti, Sent-Luis

redaktə edən: Gaby Clark , rəy verən: Robert Egan

 Redaktorların qeydləriBu bitki kökü, bitkilərin köklərini necə bükməsinin molekulyar əsaslarını araşdıran yeni tədqiqatların bir hissəsi olaraq öyrənilənlər arasında idi. Mənbə: Dixit lab

Səhərin şəfəqləri hasar dirəklərində spiral şəklində görünəndən tutmuş çardaqlar arasından tıxaclar açılan üzüm tənəklərinə qədər, burulmuş böyümə bitki aləmində rast gəlinən problem həlledici vasitədir. Köklər daşlardan və digər zibillərdən qaçmaq üçün sağa və ya sola sərt əyilərək daim “burulmuş” olurlar.

Alimlər uzun müddətdir ki, bitkilərdəki mikrotübüllərə təsir edən müəyyən genlərdəki mutasiyaların bitkilərin burulma şəklində böyüməsinə səbəb ola biləcəyini bilirlər. Əksər hallarda bunlar “sıfır mutasiyalar”dır, yəni burulma çox vaxt müəyyən bir genin olmamasının nəticəsidir.

Bu, hələ də Sent-Luisdəki Vaşinqton Universitetinin Corc və Çarmayn Mallinkrodt biologiya professoru Ram Diksit kimi bitki alimləri üçün sirr olaraq qalırdı. Bir genin olmaması bitkilər üçün bir çox başqa problemlərə səbəb olmalıdır, lakin əyri böyümə inanılmaz dərəcədə geniş yayılmış təkamül adaptasiyasıdır.

Dixit, keçmiş doktorluq tələbəsi Nataşa Nolan və WashU McKelvey Mühəndislik Məktəbinin əməkdaşı Guy Genin ilə birlikdə mümkün bir cavab tapdı. Əsər Nature Communications jurnalında dərc olunub .

Məlum oldu ki, burulma üçün tam sıfır mutasiyaya ehtiyac yoxdur, sadəcə müəyyən bir yerdə – bitki epidermisində – gen ifadəsində dəyişiklik var.Epidermal hüceyrə adgeziyasının azalması bükülmüş böyüməni basdırır. Müəllif: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-66029-8

“Bu, bunun niyə bu qədər geniş yayıldığını izah edə bilər: bu böyümə vərdişi üçün sıfır mutasiyalara ehtiyacınız yoxdur, sadəcə epidermisdəki müəyyən genləri tənzimləməyin yollarına ehtiyacınız var”, – eyni zamanda İncəsənət və Elmlər üzrə biologiya kafedrasının müdiri olan Dixit dedi.

Tədqiqat, fiziki qüvvələrin canlı sistemləri necə formalaşdırdığını anlamaq üçün bioloqları, mühəndisləri və fizikləri bir araya gətirən WashU-nun birgə rəhbərlik etdiyi ümummilli konsorsium olan Milli Elm Fondu Elm və Texnologiya Mühəndislik Mexanobiologiyası Mərkəzindən (CEMB) irəli sürülüb.

Harold və Kathleen Faught Mexanika Mühəndisliyi professoru və CEMB-nin həmsədri Genin dedi: “Bu kəşf mərkəzimizin nə üçün nəzərdə tutulduğunun mükəmməl bir nümunəsidir”.

“Bioloji təcrübələri mexaniki modelləşdirmə ilə birləşdirərək, biz fundamental bir prinsipi aşkar etdik: kökün ən xarici təbəqəsi, boş boruların demək olar ki, bərk çubuqlar qədər möhkəm ola biləcəyini izah edən eyni burulma fizikası (tətbiq olunan fırlanma momentindən burulma) vasitəsilə onun burulma davranışına hakimdir. Həndəsə çox vacibdir.”

Dəyişən bir dünyanı qidalandırmaq

Təkamül marağından kənarda, köklərin torpaqda necə hərəkət etdiyini anlamaq indiyə qədər olduğundan daha vacibdir. İqlim dəyişikliyi quraqlığı gücləndirdikcə və kənd təsərrüfatını qayalı, sıx torpaqları olan marjinal torpaqlara yönəltdikcə , çətin şəraitdə inkişaf edə bilən kök sisteminə malik bitkilər kritik bir ehtiyaca çevrilir.

Pensilvaniya Dövlət Universitetinin biologiya professoru və CEMB rəhbəri, eləcə də məqalənin həmmüəlliflərindən biri olan Çarlz Anderson bildirib ki, “Köklər kənd təsərrüfatının gizli yarısıdır”.

“Bir bitkinin su və qida maddələrini tapmaq qabiliyyəti tamamilə onun köklərinin torpağı necə araşdırmasından asılıdır. Əgər köklərin maneələri necə keçdiyini və necə büküldüyünü başa düşə bilsək, bitkilərin hazırda yaşaya bilmədiyi yerlərdə yaşamasına kömək edə bilərik.”

Əyri böyümə, üzümlərin necə dırmaşdığında, gövdələrin küləyə necə müqavimət göstərdiyində və bitkilərin eroziyaya qarşı necə möhkəmləndiyində də rol oynayır – bu amillər həm qida təhlükəsizliyi, həm də ekosistem dayanıqlığı üçün vacibdir.

Sirri həll etmək

Nolan, köklərin sağa və ya sola əyilə biləcəyi model bitki sistemindən istifadə edərək, hansı bitki hüceyrə təbəqələrinin burulma davranışını tənzimlədiyini görməyə çalışdı.

Bitki hüceyrələri yerində möhkəm şəkildə kilidlənmiş, demək olar ki, bir-birinə yapışdırılmış və möhkəm bir hüceyrə divarı ilə əhatə olunmuşdur. Komanda, qıvrımların daxili kortikal təbəqədən yarandığını fərz etdi, burada mutasiya hüceyrələrin uzun və nazik əvəzinə qısa və enli olmasına səbəb olur. Düşüncə, qıvrım fenotiplərinin epidermal təbəqənin struktur bütövlüyünü qorumaq və çömbəlmiş kortikal təbəqə qonşularına çatmaq üçün “əyilməsi” lazım olduğu üçün ortaya çıxdığı idi.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Hazırda Pivot Bio-da çalışan Nolan, əvvəllər edildiyi kimi, kök boyunca deyil, hüceyrə təbəqəsinə xas şəkildə vəhşi tip geni ifadə etməklə düz kökləri bərpa edə biləcəklərini görmək istəyirdi.

Ortaya çıxan təəccüblü tapıntı, əgər onlar bu vəhşi tipli geni (kökü düz saxlayan) daxili hüceyrə təbəqələrinin hər hansı birində ifadə etsəydilər, onda bu bitkilər yenə də sıfır burulğanlı mutanta bənzəyirdilər.

“İndi həmin zülalın bəzi daxili hüceyrə təbəqələrində əmələ gəlməsinin əhəmiyyəti yox idi, sanki mövcud deyildi”, – Diksit dedi.

Bunun əksinə olaraq, vəhşi tip gen yalnız epidermisdə ifadə edildikdə, köklər düz gedirdi. Bu, tədqiqatçılara “bu davranışı həqiqətən diktə edən dominant hüceyrə təbəqəsinin epidermis olduğunu” göstərirdi, Diksit dedi.

Sirr həll olunduqdan sonra epidermis dönüş nöqtəsinə çatır. Bəs necə? Həmmüəlliflər Genin və Anderson da daxil olmaqla, mexanobioloqlar məhz burada işə başladılar.

Andersonun laboratoriyası mutant və vəhşi tip köklərdə sellüloza mikrofibrillərinin istiqamətini ölçdü. Burulğan qüsurlar sellüloza çöküntüsünü dəyişdirir və Genin bu məlumatları götürərək epidermisin niyə dominant olduğunu izah edən kompüter modeli yaratdı.

Genin izah etdi ki, “Ağac gövdəsindəki halqalar kimi konsentrik hüceyrə təbəqələri olduqda, xarici halqa bütün quruluş üzərində daxili halqalardan daha çox təsir gücünə malikdir”.

“Modelimiz göstərdi ki, əgər yalnız epidermisdə əyri hüceyrə faylları varsa, hər təbəqənin əyri olması halında görəcəyiniz ümumi burulmanın təxminən üçdə birini idarə edə bilər. Lakin yalnız epidermisi düzəltsəniz, bütün kök düzəldilir. Riyazi hesablama birmənalıdır: xarici təbəqə hökm sürür.”

Model Nolanın təcrübələrində aşkar etdiyini təsdiqlədi. O, vəhşi tipli (düz köklü) genini yalnız epidermisdə ifadə etdikdə, bu, hətta mutasiyanı daşıyan kortikal hüceyrələrə də təsir etdi. Qısa və enli olmaq əvəzinə, bu daxili hüceyrələr, demək olar ki, vəhşi tip kimi, daha uzun və daha nazik oldu.

Diksit dedi: “Nədənsə, epidermal hüceyrə təbəqəsi daxili hüceyrə təbəqələrini udmaq qabiliyyətinə malikdir. Epidermis passiv dəri deyil, əksinə bütün orqanın böyüməsinin mexaniki koordinatorudur.”

Artıq elm adamları bitkilərin necə “dönüşüm etdiyini” başa düşdükdən sonra bu tapıntıları kənd təsərrüfatı elminin problemlərini həll etmək üçün tətbiq edə bilərlər.

Anderson dedi: “Kökün burulma meylini artıran və ya azaldan bitkiləri dizayn edə biləcəyinizi təsəvvür edin . Qayalı, qonaqpərvər olmayan şəraitdə maneələri aşan köklər istəyə bilərsiniz. Bu tədqiqat bizə kök arxitekturasını mühəndislik problemi kimi düşünmək üçün hədəf və mexaniki bir çərçivə verir.”

Genin əlavə etdi ki, bu, birdən çox perspektiv tələb edən problem növüdür.

“Təkbaşına bir bioloq epidermisin vacib olduğunu aşkar edə bilərdi, amma bunun səbəbini izah edəcək vasitələrə sahib olmazdı. Təkbaşına bir mühəndis genetika və fenotipləmə işlərini görə bilməzdi”, – deyə o bildirib. “Birlikdə, bir mərkəz olaraq, tam mənzərəni əldə etdik.”

Daha çox məlumat: Nataşa Nolan və digərləri, Epidermis kiral kök böyüməsində çoxmiqyaslı simmetriyanın pozulmasını əlaqələndirir, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-66029-8

Jurnal məlumatları: Nature Communications 

Sent-Luisdəki Vaşinqton Universiteti tərəfindən təmin edilir