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 kan vara ett potentiellt mål för genteknik för att förbättra skörden.
"Vår studie ger en grund för framtida forskning som syftar till att förstå hur tillgången på näringsämnen reglerar växternas tillväxt", säger Dr Zhu. "Denna forskning kan leda till utvecklingen av nya gödselmedel, bevattningsmetoder och grödor som kan förbättra livsmedelsproduktionen."
Utöver dess konsekvenser för jordbruket kan upptäckten också ha konsekvenser för människors hälsa. TOR är en nyckelregulator för celltillväxt och metabolism hos djur såväl som växter. Dysregulation av TOR-signalering har kopplats till ett antal sjukdomar, inklusive cancer och diabetes. Resultaten från UC Davis-teamet kan leda till nya insikter om TORs roll i människors hälsa och sjukdomar.
