Tänk om forskare kunde studera mänskliga psykiatriska sjukdomar i växter? Yale-forskare tror att det är möjligt och de har tagit ett viktigt första steg. I en studie publicerad 2 juni i Cellular and Molecular Life Sciences , undersökte de en gen mycket lik i både växter och däggdjur och tittade på hur den påverkar beteendet hos var och en.

Tamas Horvath, Jean och David W. Wallace professor i jämförande medicin och senior författare till studien, har funderat på denna möjlighet under en tid.

"För flera år sedan började jag bli intresserad av denna idé att varje levande organism måste ha en viss homologi, en viss likhet i hur de är eller vad de gör," sa han.

När han började studera beteende och mitokondrier - specialiserade strukturer inom celler som genererar energi - fortsatte denna idé att komma tillbaka till honom. Han tänkte att om man kunde förändra mitokondriella gener hos djur och se vilka beteenden som förändrades, och sedan prova samma sak som liknande gener i växter, skulle det så småningom vara möjligt att bättre förstå mänskligt beteende genom att studera växter. Om du tar den idén ytterligare ett steg, sa Horvath, kanske det är möjligt att till exempel utveckla en schizofrenliknande växt.

"Om du kunde utveckla en sådan modell betyder det att du skulle ha alternativa arter, inte bara däggdjur, som du kan undersöka aspekter av mänskligt beteende med", säger Horvath, som noterade att detta är målet med jämförande medicin, för att se hur icke -mänskliga modeller kan användas för att studera mänskliga förhållanden.

För denna studie studerade Horvath och hans kollegor en mitokondriell gen (Friendly Mitochondria eller FMT) som finns i en liten blommande växt som heter Arabidopsis thaliana och en mycket liknande gen (Clustered mitochondria homolog, eller CLUH) som finns i möss.

Mitokondrier reglerar viktiga funktioner som ämnesomsättning och är avgörande för att upprätthålla hälsan. Hos både växter och människor kan dysfunktionella mitokondrier påverka utvecklingen och leda till sjukdomar, inklusive neurodegenerativa sjukdomar som Alzheimers sjukdom, Parkinsons sjukdom, Huntingtons sjukdom och schizofreni hos människor.

För studien jämförde forskarna typiska växter, växter utan FMT och växter med överaktiv FMT för att bättre förstå genens roll. De fann att det påverkar många viktiga egenskaper, inklusive groning, eller fröns spirande, rotlängd, blomningstid och bladtillväxt.

De tittade också på två viktiga växtbeteenden.

Den första var saltstressresponsen. För mycket salt kan döda växter, så de har utvecklat beteenden för att undvika det. När det finns överskott av salt i deras miljö, tenderar växter att stoppa groningen, fördröja blomningen och störa rottillväxten. Forskarna fann att FMT är avgörande för dessa saltundvikande beteenden.

Den andra typen av växtbeteende de undersökte är känd som hyponastiskt beteende - rörelser baserade på dygnsrytm. "Växter påverkas enormt av dygnsrytmer eftersom ljus är den kritiska energikällan för dem", sa Horvath.

För Arabidopsis inkluderar hyponastiska beteenden hur dess blad rör sig under dagen och natten. Under dagen är dess blad plattare och mer utsatta för solen. På natten, när det inte finns något solljus att absorbera, vinklas löven uppåt. Horvath och hans kollegor fann att FMT också spelar en viktig roll i detta beteende, och reglerar både hur mycket och hur snabbt löven rör sig.

För att börja koppla detta till däggdjur, utvärderade forskarna en mängd olika beteenden hos mus, och jämförde typiska möss med de med reducerad CLUH, en gen som mycket liknar FMT. Genom att använda ett beteendetest där möss placeras i en öppen miljö, observerade de att möss med mindre CLUH var långsammare och reste kortare sträckor än sina motsvarigheter.

"Mössen hade ett liknande svar som växterna, med förändrad hastighet och förändrad övergripande lokomotivaktivitet", sa Horvath. "Det är rudimentärt men det indikerar fortfarande att du kan ha mitokondrierelaterade mekanismer som avkodar liknande funktioner hos växter och djur."

Även om det finns mer arbete att göra, är det ett spännande första steg, sa han. Växter som Arabidopsis och däggdjur delar flera liknande gener och cellulära processer, inte bara FMT och CLUH.

"Det långsiktiga målet är att utveckla en sorts ordbok som katalogiserar dessa likheter mellan växter och djur och att använda den för att ställa forskningsfrågor mer robust," sa Horvath. "Det är möjligt att den här växten kan fungera som en kompletterande modellorganism för beteendeforskning i framtiden."