Science

Di bawah permukaan

Untuk menumbuhkan akarnya, tanaman merasakan gravitasi – para ilmuwan ISTA mengamatinya dari dekat

Tumbuhan dalam cawan Petri. Bibit selada telinga tikus kecil ditanam di cawan Petri.

Dengan menggunakan gaya gravitasi, akar menembus tanah untuk menyediakan dukungan struktural dan nutrisi penting bagi tanaman. Anastasia Teplova dari kelompok Friml di Institut Sains dan Teknologi Austria (ISTA) menyelidiki mekanisme di balik proses ini. Dalam perayaan Daya Tarik Hari Tumbuhandia melihat sekilas laboratorium, memamerkan bibit kecil, mikroskop yang dibuat khusus, dan penemuan baru.

Anastasia Teplova mengambil cawan Petri persegi dari meja labnya dan mengarahkannya ke cahaya. Di dalamnya, bibit selada telinga tikus kecil (Arabidopsis thaliana; A. thaliana)–organisme model dalam biologi-tertanam dalam media yang kaya nutrisi dan tumbuh dengan gembira. Dia meletakkan kembali cawan Petri dan mengambil cawan lain. “Perhatikan baik-baik,” katanya. “Bibit-bibit di sini tampak berbeda dari yang lain, bukan?” Akar halusnya, yang biasanya tumbuh ke bawah, mengarah ke arah yang berlawanan. “Mereka dimodifikasi dan kekurangan tiga protein dari keluarga protein yang disebut NGR (Negative Gravitropic Response of Roots), yang menyebabkan fenomena ini,” jelas Teplova. “Tanaman ini masih mampu bertahan hidup, namun telah kehilangan kemampuannya untuk merasakan gravitasi.”

Tanaman mengandalkan tarikan gravitasi bumi untuk mengarahkan pertumbuhannya, merespons isyarat lingkungan, dan menambatkan dirinya ke dalam tanah. Namun, mekanisme molekuler yang tepat di balik kemampuan ini belum sepenuhnya dipahami. Sebuah makalah yang baru-baru ini diterbitkan di ehidup oleh Teplova, Ivan Kulich, Julia Schmidt, dan Linlin Qi dari kelompok Friml di Institut Sains dan Teknologi Austria (ISTA) memberikan wawasan baru.

Tumbuhan “merasakan” gravitasi

Tunas tanaman yang berwarna hijau cerah membentang ke arah matahari, menyerap semua cahaya. Tersembunyi dari pandangan kita, sebuah dunia berbeda muncul, di mana akar-akar diam-diam mengembang dan menembus tanah. Tapi bagaimana mereka melakukannya' “Ini adalah proses yang cukup rumit dan diatur dengan baik yang disebut 'gravitropisme',” kata Teplova. Akar menunjukkan gravitropisme positif, tumbuh ke bawah mengikuti tarikan gravitasi bumi, sedangkan pucuk menunjukkan gravitropisme negatif, tumbuh ke atas melawan gravitasi. Gravitasi pada akar dirasakan di sel kolumela di bagian depan akar, yang dikenal sebagai ujung akar, dengan bantuan plastida (kompartemen) khusus yang disebut “amiloplas”.

“Amiloplas berisi pati dan jauh lebih berat dibandingkan lingkungannya,” lanjut Teplova. Pada akar horizontal, gravitasi menyebabkannya terakumulasi di sisi bawah sel kolumela. Hal ini memicu aliran sinyal yang menghasilkan akumulasi hormon auksin tanaman di sisi bawah akar, menyebabkan akar membengkok ke bawah. Selangkah demi selangkah, hal ini memfasilitasi turunnya akar secara bertahap ke dalam tanah untuk mengakses nutrisi dan air.

Gravitropisme pertama kali diusulkan dalam model Cholodny-Went pada tahun 1927. Meskipun mengalami modifikasi seiring waktu, model ini sebagian besar telah teruji oleh waktu. Meskipun demikian, beberapa aspek interaksi molekuler masih sulit dipahami, misalnya bagaimana penginderaan gravitasi terhubung dengan distribusi auksin. Dengan proyek PhD-nya, Teplova mencoba mencari tahu lebih banyak tentang misteri itu.

“Kehidupan sebagai peneliti tanaman terlihat berbeda setiap hari. Ini bukan hanya pekerjaan laboratorium, tapi juga banyak membaca, mengukur data, dan berjam-jam di depan mikroskop,” katanya. Untungnya, ruang mikroskop hanya berjarak sepelemparan batu dari labnya.

Lihat langsung molekul di akar

Di ruang mikroskop, Teplova segera mulai bekerja. Dia melihat melalui tujuan pengaturan mikroskop yang disesuaikan dan dengan hati-hati memutar kenop untuk menyesuaikan gambar. Bibit selada kuping tikus ditempatkan di atas panggung dan Teplova memperbesar akarnya.

“Anda dapat menempatkan tanaman secara vertikal ke dalam mikroskop dan kemudian memutarnya dalam gerakan 360 derajat penuh,” katanya. “Kami mengambil film langsung dari bibit yang tumbuh di ruang mikroskop untuk melihat bagaimana mereka merespons gravitasi.” Para ilmuwan terutama mengamati protein dalam sel columella, yang tidak terlihat dengan mata telanjang. Pertama, mereka harus diberi label dengan pewarna fluoresen. Misalnya, dalam publikasi Teplova and Co baru-baru ini, para peneliti menandai NGR (hilangnya protein NGR memicu kekacauan dalam pertumbuhan akar), dan kemudian dengan cermat menganalisis lokasinya di dalam sel berdasarkan penginderaan gravitasi.

“Saat kami merotasi tanaman, NGR berpindah ke sisi bawah sel kolumella yang baru, bersama dengan amiloplas,” kata Teplova. Demikian pula, protein lain yang disebut “D6 protein kinase (D6PK)”, yang mengaktifkan protein spesifik yang menciptakan aliran auksin, mengikuti pola yang sama. Saat menguji selada telinga tikus yang kekurangan NGR, D6PK tidak lagi berpindah lokasi. Intinya, jika salah satu mekanisme gagal berfungsi, maka mekanisme lainnya juga akan terpengaruh, sehingga menunjukkan adanya interaksi antara kedua mekanisme tersebut.

Temuan ini menjelaskan peristiwa yang memungkinkan akar tanaman mengubah orientasi pertumbuhan sebagai respons terhadap gravitasi. Mereka menyajikan mata rantai yang hilang yang menghubungkan sedimentasi amiloplas dengan distribusi auksin. “Masih banyak pertanyaan terbuka,” kata Teplova. “Salah satu langkah selanjutnya adalah mencari tahu bagaimana protein-protein ini berinteraksi.”

Daya Tarik Hari Tumbuhan di Instagram

Selain kelompok Friml, kelompok Benkova dan Feng di ISTA juga melakukan penelitian terhadap tumbuhan. Topiknya berkisar dari sinyal hormon, genetika, dan reproduksi seksual, hingga karakteristik adaptif tanaman. Pada Daya Tarik Hari Tumbuhan 2024banyak anggota laboratorium ini secara kolektif bekerja sama dan berbagi fakta spektakuler tentang tumbuhan saat mereka menjadi pusat perhatian di halaman Instagram Institut Sains dan Teknologi Austria (ISTA) .

Publikasi:

I. Kulich, J. Schmid, A. Teplova, L. Qi & Jirí Friml. 2024. Translokasi cepat protein NGR mendorong polarisasi protein kinase D6 yang mengaktifkan PIN selama gravitropisme akar. ehidup. DOI: 10.7554/eLife.91523

Source

Related Articles

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Back to top button