I ett genombrott som kan få stora konsekvenser för jordbruket, har biologer vid University of California, Davis, upptäckt en molekylär koppling mellan tillgång på näringsämnen och växttillväxt. Upptäckten, publicerad i tidskriften Nature Plants, kan leda till nya sätt att öka växternas biomassa och förbättra skördarna.

Växter behöver en mängd olika näringsämnen för att växa, inklusive kväve, fosfor och kalium. Dessa näringsämnen finns ofta i begränsad tillgång i jorden, vilket kan begränsa växternas tillväxt. Emellertid fann UC Davis-teamet att ett protein som kallas TOR (mål för rapamycin) spelar en nyckelroll för att reglera växttillväxt som svar på tillgången på näringsämnen.

TOR är ett kinas, ett enzym som lägger till en fosfatgrupp till andra proteiner. UC Davis-teamet fann att TOR fosforylerar ett protein som kallas S6K1, vilket i sin tur utlöser en kaskad av händelser som leder till ökad celltillväxt och delning. När näringsämnen är bristfälliga minskar TOR-aktiviteten, vilket leder till minskad S6K1-fosforylering och långsammare tillväxt.

"Våra resultat ger en molekylär förklaring till hur växter integrerar näringstillgänglighet med tillväxt", säger studiens huvudförfattare Dr Jian-Kang Zhu, professor i växtbiologi vid UC Davis. "Denna kunskap kan användas för att utveckla nya strategier för att förbättra skörden genom att manipulera TOR-signalering."

Forskarna fann att överuttryck av TOR i växter resulterade i ökad tillväxt och produktion av biomassa. Omvänt växte växter med minskad TOR-aktivitet långsammare och producerade mindre biomassa. Dessa fynd tyder på att TOR är en nyckelregulator för växttillväxt och kan vara ett potentiellt mål för genteknik för att förbättra skördarna.

Studien har också implikationer för att förstå hur växter reagerar på miljöpåfrestningar, såsom torka och hög salthalt. Dessa påfrestningar kan minska tillgången på näringsämnen och leda till minskad växttillväxt. Forskarna fann dock att TOR-signalering kan hjälpa växter att tolerera dessa påfrestningar och bibehålla tillväxten.

"Våra resultat ger ett nytt ramverk för att förstå hur växter reglerar tillväxten som svar på näringstillgänglighet och miljöpåfrestningar", säger Zhu. "Denna kunskap kan leda till nya strategier för att förbättra skörden och göra jordbruket mer hållbart."

Forskningen stöddes av National Science Foundation och U.S.A. Department of Agriculture.