Rădăcinile servesc drept „guri” vitale prin care plantele absorb apa și mineralele, se ancorează în pământ și cresc. Cu toate acestea, mecanismele complexe din spatele modului în care cresc rădăcinile plantelor au rămas mult timp un mister. Acum, un studiu important a rezolvat acest „puzzle”, dezvăluind o legătură surprinzătoare între creșterea rădăcinilor plantelor și un proces biologic asemănător celor care practică postul, arată un studiu publicat de revista științifică EMBO, relatează publicația Earth.
Autofagia, eroul creșterii rădăcinilor plantelor
Cercetătorii de la Departamentul de Biologie al Universității din Copenhaga, condus de profesorul asistent Eleazar Rodriguez, au descoperit că un mecanism benefic de curățare numit autofagie joacă un rol crucial în creșterea și rezistența rădăcinilor plantelor. Autofagia, care este prezentă și la oameni și a câștigat popularitate ca parte a unei tendințe de sănătate, ajută celulele să elimine diferite deșeuri în perioadele fără alimente.
„Postul a devenit popular, deoarece pare să aibă o serie de efecte de promovare a sănătății la oameni, deoarece perioadele fără alimente determină organismul să activeze procese de curățare pentru a elimina diferite produse reziduale în celule”, explică profesorul asistent Eleazar Rodriguez.
„În studiul nostru, am demonstrat că același mecanism, care există și în regnul plantelor, joacă un rol vital în capacitatea rădăcinilor plantelor de a crește și de a absorbi apă și nutrienți pentru restul plantei”, a continuat Rodriguez.
Înțelegerea autofagiei
Procesul de autofagie acționează ca un sistem de reciclare celulară, descompunând și reutilizand componentele vechi, deteriorate sau inutile din interiorul celulei. Procedând astfel, autofagia menține sănătatea celulară, promovează supraviețuirea în timpul stresului și joacă un rol crucial în diferite procese fiziologice.
Trei tipuri de autofagie
Celulele efectuează autofagia prin trei căi principale:
Macroautofagie: Aceasta este cea mai cunoscută formă de autofagie, adesea denumită pur și simplu „autofagie”. În acest proces, o veziculă cu membrană dublă numită autofagozom înghite componentele celulare și fuzionează cu un lizozom, unde conținutul este degradat.
Microautofagie: în acest proces, lizozomul înghițe direct porțiuni mici ale citoplasmei, inclusiv proteine și organele, prin invaginări în membrana sa.
Autofagie mediată de Chaperone (CMA): Acest proces extrem de selectiv vizează proteine specifice care conțin o anumită secvență de aminoacizi. Aceste proteine sunt recunoscute de proteinele însoțitoare și transportate direct în lizozom pentru degradare.
Beneficiile autofagiei. Autofagia oferă numeroase beneficii celulelor și organismelor:
Curățarea celulară:
Prin îndepărtarea componentelor deteriorate sau disfuncționale, autofagia ajută la menținerea sănătății celulare și previne acumularea de substanțe toxice care pot duce la boli.
Reciclarea nutrienților:
În perioadele de foame sau de stres, autofagia descompune componentele celulare pentru a genera energie și elemente de bază pentru procesele esențiale.
Apărare imunitară:
Autofagia joacă un rol în apărarea celulelor împotriva agenților patogeni invadatori, cum ar fi bacteriile și virușii, țintindu-le pentru degradare.
Longevitatea:
Autofagia crescută a fost legată de creșterea duratei de viață a diferitelor organisme, de la drojdie la mamifere, probabil datorită rolului său în menținerea sănătății celulare și prevenirea bolilor legate de vârstă.
Pe măsură ce cercetările continuă să descopere mecanismele complexe și implicațiile de anvergură ale autofagiei, devine din ce în ce mai clar că acest proces de auto-curățare celulară joacă un rol vital în menținerea sănătății și prevenirea bolilor în diferite organisme vii, de la plante la oameni.
Este binecunoscut faptul că auxina, un hormon vegetal, controlează creșterea plantelor, inclusiv creșterea rădăcinilor. Auxina acționează ca un combustibil pentru un fel de bătăi ale inimii care pulsează în fiecare vârf de rădăcină al unei plante. La fiecare patru până la șase ore, nivelurile de auxină și bătăile inimii din rădăcinile unei plante ating un maxim, declanșând creșterea de noi rădăcini. „Mișcarea unei rădăcini este aproape ca și cum ai privi un șarpe alunecând înainte în căutarea apei și a hranei în sol. Și putem vedea că bătăile inimii sunt cele mai puternice de fiecare dată când rădăcina șerpuiește înainte”, spune Eleazar Rodriguez.
Rolul autofagiei în creșterea rădăcinilor plantelor
Pentru a înțelege semnificația autofagiei în creșterea rădăcinilor, cercetătorii au dezactivat mecanismul de curățare în experimentele lor. Rezultatele au fost izbitoare. „În experimentele noastre, am dezactivat mecanismul de curățare pentru a înțelege semnificația acestuia. Imaginați-vă dacă fiecare gunoier din Copenhaga ar intra în grevă – nu ar dura mult până când gunoiul ar umple străzile”, notează Rodriguez. Oamenii de știință au observat exact același lucru care se întâmplă în celulele plantei, deoarece bătăile inimii care stimulează creșterea rădăcinilor au devenit mult mai slabe și s-au desincronizat. Acest lucru a permis cercetătorilor să concluzioneze că autofagia ajută la menținerea echilibrului perfect al diferitelor componente biochimice, permițând cea mai eficientă creștere a rădăcinilor.
Implicații asupra schimbărilor climatice
Noile cunoștințe despre rădăcinile plantelor ar putea avea implicații semnificative în lupta împotriva schimbărilor climatice. Pe măsură ce perioadele prelungite de secetă și inundații devin tot mai frecvente, securitatea alimentară este din ce în ce mai amenințată. Culturile cu rădăcini care pot crește chiar și în aceste condiții dure sunt cruciale.
„Sunt disponibile astăzi numeroase metode de modificare a caracteristicilor genetice ale plantelor. Acestea pot fi folosite pentru ca plantele să dezvolte rădăcini mai lungi, mai repede și, în acest fel, să devină mai rezistente la secetă sau inundații”, explică doctorandul Jeppe Ansbøl, un coautor al studiului. „Una dintre metode solicită ajutorul bacteriilor care trăiesc în simbioză cu planta și pot determina planta să-și schimbe modelul de creștere. Mai multe companii din Danemarca lucrează la acest lucru chiar acum”, a menționat Ansbøl.
Cercetătorii cred că aceste noi cunoștințe se aplică tuturor plantelor cu flori și, potențial, mai mult. În principiu, culturi precum roșiile, cartofii, orezul, grâul și porumbul ar putea fi modificate pentru a crește rădăcini mai multe și mai dense, datorită acestei noi înțelegeri a modului în care plantele își fac rădăcinile să crească.
Impactul descoperirii autofagiei creșterii rădăcinilor plantelor
Descoperirea rolului autofagiei în creșterea rădăcinilor plantelor reprezintă un pas semnificativ înainte în înțelegerea noastră asupra plantelor. „Cu cât plantele au mai multe rădăcini, cu atât pot lua mai multă apă și nutrienți, astfel încât plantele cresc mai bine mai repede. Suntem foarte dependenți de plante, deoarece acestea ne hrănesc, extrag CO2 din atmosferă și produc oxigenul pe care îl respirăm. Ca atare, este extrem de important să le înțelegem pe deplin, în acest scop tocmai am făcut un mare pas înainte”, a concluzionat Rodriguez.
Pe scurt, valorificând aceste noi cunoștințe și aplicând tehnici inovatoare, cum ar fi modificarea genetică și simbioza bacteriană, putem dezvolta plante cu sisteme radiculare mai extinse și mai eficiente, mai bine echipate pentru a absorbi apa și nutrienții în condiții de mediu dificile, arată studiul citat.
Comentează