Organismer växer för att passa det utrymme och de resurser som finns i deras miljöer, vilket leder till en stor mångfald av kroppsstorlekar och former inom en population av samma art. Vilka är de genetiska och fysiologiska mekanismerna som avgör hur stor en organism kan växa?

Hos insekter och däggdjur är de cellulära och molekylära faktorerna som ligger till grund för kroppsstorleken väl etablerade. Men i växter har denna process förbryllat forskare i generationer. Hur en växt kontrollerar storleken som den växer till är en grundläggande del av dess utvecklingsprocesser och påverkar dess sannolikhet för framgång i en viss miljö.

"Det är oerhört viktigt att förstå hur växter kontrollerar sin totala storlek under utvecklingen", säger Carnegies Sue Rhee, som ledde ett team av forskare som undersökte detta mysterium. "Denna kunskap kan hjälpa oss att förbättra jordbrukets produktivitet och vägleda beslutsfattande om markanvändning, särskilt eftersom många miljöförhållanden omformas av klimatförändringarna."

Carnegie-teamet – huvudförfattaren Flavia Bossi, tillsammans med Benjamin Jin, Elena Lazarus, Heather Cartwright och Yanniv Dorone – gjorde ett viktigt genombrott för att svara på denna långvariga fråga. Deras resultat publiceras i Utveckling .

Nyckeln till att belysa denna process är utvecklingsväxlingen från cellulär proliferation – delning som ökar antalet celler – till cellulär differentiering – specialisering i organ och vävnader.

Proliferation slutar när alla celler i ett organ har differentierats. Detta styr antalet celler som består av det organet och i sin tur bestämmer hastigheten och varaktigheten av organtillväxt växtens totala kroppsstorlek.

"Så, vad vi ville veta var, hur vet anläggningen när den ska lämna spridningsstadiet?" sa Bossi.

Med hjälp av en rad avancerade forskningstekniker kunde teamet fastställa att en tidigare okarakteriserad gen som de kallade CHIQUITA1, tillsammans med flera liknande CHIQUITA-liknande gener, spelar en avgörande roll för att upprätthålla tidpunkten för övergången mellan proliferation och differentiering i senap. växt Arabidopsis thaliana. De fann att CHIQUITA1 säkerställer att cellerna förökar sig ett visst antal gånger innan de differentieras, vilket avslöjar ett viktigt steg i hur växtkroppens storlek kontrolleras.

Bossi avslutade:"Växter är grundläggande för så många aspekter av mänskligt liv - från livsmedelsförsörjningen till biobränslen, mediciner, timmer, textilier och mer. Att förstå hur de utvecklas och reglerar sin storlek som svar på miljöförhållanden kan hjälpa oss att förbereda oss för en värmande värld."

Till skillnad från den mesta forskningen om cellproliferation gjordes detta arbete på individuell cellnivå, snarare än på populationsnivå, vilket belyser hur mycket mer det finns att lära sig om reglerna som styr växtbiologi.