Vissa växter beter sig som det mytomspunna monsteret Hydra:Klipp av huvudet och de växer tillbaka, större och bättre än tidigare. En ny studie finner att dessa "överkompensatorer, "som de kallas, förstärker också deras defensiva kemi - tänk växtgift - när de klipps.

Klippning tar bort den primära stammen och simulerar vad bläddrande däggdjur gör när de äter växter i naturen.

Studien, rapporteras i tidningen Ekologi , är den första att hitta denna länk och spåra den till tre sammankopplade molekylära vägar. Upptäckten kan leda till utveckling av nya metoder för att öka växttillväxten samtidigt som behovet av insekticider minskar, sa forskarna.

"Du skulle tro att en växt antingen skulle producera mycket defensiva kemikalier för att förhindra att den äts eller att den skulle lägga sin energi på att växa upp igen efter att ha ätits - men inte båda, med tanke på dess begränsade energi, "sade doktoranden Miles Mesa, som ledde forskningen med University of Illinois djurbiologiprofessor Ken Paige/. "Men vi fann att de växter som överkompenserade - med högre reproduktiv framgång efter att ha skadats - också producerade mer defensiva kemikalier i sina vävnader."

Omkring 90 procent av örtblommande växter deltar i en process som kallas endoreduplikation - duplicerar allt genetiskt material i sina celler utan celldelning, sa forskarna. Denna process ökar cellstorleken, så att plantorna snabbt kan återhämta sig från skador.

Varje omgång med endoreduplikation fördubblar cellens produktion. Att ha dubbelt så många aktiva gener betyder att cellen kan pumpa ut fler proteiner som behövs för att utföra cellulära uppgifter.

Vissa växter multiplicerar sina genom igen och igen som svar på att de bläddras. Ett exempel är scarlet gilia, en rödblommig växt som växer i västra Nordamerika och bläddras av älg och muldjur. Paige studerar sina svar på att bli ätit.

"Vi ser två- och trefaldiga höjningar i avkastningen efter att den har skurits- under samma säsong, " han sa.

Paige upptäckte överkompensation och rapporterade om det 1987, men han sa att nästan ingen av hans kamrater inom växtbiologi trodde det. Tanken att bläddrande kan öka vissa växters reproduktiva framgång är kontraintuitiv, Sa Paige. Det tog mer än ett decennium för forskarsamhället att acceptera vetenskapen; även i dag, nästan ingen annan inom växtbiologi studerar överkompensationens molekylära biologi.

Den nya studien fokuserade på Arabidopsis thaliana, en medlem av senapsfamiljen som ofta används inom forskning. Paige och hans kollegor hade redan identifierat den molekylära vägen som främjar endoreduplikation i denna växt, tillsammans med en viktig regulator av den endoreduplicerade vägen, en molekyl som kallas ILP1.

Forskarna upptäckte att genom att öka uttrycket av ILP1 -genen, de kan öka endoreduplikationen i genetiska sorter av A. thaliana som normalt inte överkompenserar. Detta ledde till större fröproduktion i de förändrade växterna och ökat uttryck av defensiva föreningar i växtvävnader, sa forskarna.

Detta är möjligt eftersom den molekylära vägen som inducerar endoreduplikation också matas in i två andra vägar:den oxidativa pentosfosfatvägen, för primär metabolism, och shikimate -vägen, vilket ökar växtens kemiska försvar, Sa Paige.

"Det finns en positiv återkopplingsslinga, "sa han." När du ökar antalet kromosomer genom endoreduplikation, du ökar genuttrycket, vilket ökar anläggningens förmåga att producera mer defensiva föreningar och nukleotider för att DNA -produktion ska kunna återanpassas igen. "

De nya resultaten kan leda till framsteg i jordbruksavkastningen och minskningar av användningen av bekämpningsmedel, Sa Paige.