Ibland måste man lyfta blicken för att se rötterna.

Rötter förknippas normalt med saker som lever under jorden, i fukt och mörker. Tänk på kålrot, rädisor och jams. Men många växter gör sina rötter ovan jord. Murgröna använder sina rötter för att klättra på byggnader och det mäktiga ficusträdet använder dem för att stödja sina stora grenar. Vad får växter att bilda rötter på "fel plats", så att säga? Det skulle vara som att vi människor spirar ben från våra axlar.

I en studie publicerad denna vecka i tidskriften Science , Hebrew University of Jerusalem (HU) Professor Idan Efroni och hans team hittade den dolda mekanismen som gör att luftrötter kan hända. Genom att sönderdela stammen till enskilda celler identifierade teamet de extremt sällsynta cellerna som, när förhållandena är mogna, får rötter att växa i luften.

"Ytligt sett ser dessa ut som andra växtceller, vilket är anledningen till att de undvek upptäckt så länge," förklarade Efroni. "Vi använde nya tekniker för att noggrant screena tusentals celler, en i taget. Vi visste att genom att hitta cellerna som kan skapa rötter, skulle vi kunna leta efter "omkopplaren" som slår på dem."

Växter gör rötter från små organ som kallas meristemer. Genom att noggrant undersöka dessa unika celler kunde Dr Naama Gil-Yarom, en forskarassistent vid HU-labbet, fånga dem i färd med att göra ett meristem och identifiera de gener som är aktiva precis vid övergångspunkten. Särskilt en gen stack ut, och när HU Ph.D. student Moutasem Omary använde CRISPR för att radera denna gen, växterna förlorade sin förmåga att skapa luftrötter.

När Efroni och hans team studerade genomet fick de en överraskning. Alldeles intill genen som styrde produktionen av luftrötter fanns en mycket liknande gen. "Vi kände omedelbart igen det från tidigare studier som genen som styr bildandet av underjordiska rötter," delade Efroni, "Jag minns att jag tänkte att vi precis har snubblat på det centrala navet som styr rotbildningen." Faktum är att när forskarna inaktiverade alla dessa gener kunde växterna inte få några rötter alls.

Genom att spåra utvecklingen av dessa gener fann teamet att många stora grödor, såsom sötpotatis, bönor, tomat, ris, majs och vete, delar detta dubbla rotkontrollsystem." Möjligheten att göra luftrötter är mycket fördelaktig. till anläggningen", förklarade Efroni. "I händelse av att de underjordiska rötterna översvämmas eller skadas, kan växten växa luftrötter och överleva attacken", tillade han. Växter utvecklade denna förmåga tidigt och glömde aldrig hur man gör det.

Ändå kan det som är nyttigt i naturen faktiskt komma som en nackdel inom jordbruket. Många växter är ympade, vilket innebär att de har rotsystemet hos en växt och ovanjordssystemet hos en annan. Detta gör det möjligt för jordbrukare att odla växter som är resistenta mot jordsjukdomar. Men om den övre delen av transplantatet växer en luftrot, kommer det att kringgå jordmotståndet och göra all ansträngning med ympningen värdelös. Men tack vare Efroni och hans teams upptäckt vet vi vilka gener vi ska rikta in oss på och kan skapa växter utan luftrötter, vilket gör övningen att ympa så mycket mer effektiv.

När vi ser framåt planerar gruppen att modifiera DNA-koden vid rotkontrollklustret för att skapa skräddarsydda rotsystem ovan och under jorden. Som Efroni avslutade, "här i Israel, för att få ut mesta möjliga av den mark vi har, måste vi optimera hur våra matgrödor växer och utnyttja resurser. Att göra det är en skrämmande och komplex uppgift, men steg för steg , vi närmar oss."