Cellexpansion är en grundläggande process i växttillväxt, vilket gör att växter kan öka i storlek och utveckla olika strukturer. Under cellexpansion blir cellväggen, som fungerar som en stel gräns som omger cellen, lösare, vilket gör att cellen kan absorbera vatten och förstoras.
Forskargruppen, som leds av UMD:s biträdande professor i växtvetenskap, Xin Li, fokuserade på en grupp proteiner som kallas expansiner, kända för att spela en viktig roll i cellexpansion genom att lossa cellväggen. Expansiner utsöndras av cellen och rör sig in i cellväggen, där de bryter ner bindningarna som håller ihop väggens komponenter.
Med hjälp av en kombination av biokemiska, genetiska och avbildningstekniker studerade teamet funktionen av expansins i Arabidopsis thaliana, en liten blommande växt som vanligtvis används som modellorganism inom växtbiologi.
De upptäckte att expansiner fungerar tillsammans med andra proteiner, kallade "xyloglukanendotransglykosylaser" (XET), för att underlätta cellexpansion. XET är enzymer som hjälper till att omorganisera och återansluta komponenterna i cellväggen, vilket gör att väggen kan expandera samtidigt som den behåller sin integritet.
Forskarna fann att expansiner och XET arbetar tillsammans på ett samordnat sätt för att lossa och modifiera cellväggsstrukturen, vilket gör det möjligt för cellen att absorbera vatten och förstora. Denna samordnade åtgärd är avgörande för effektiv och kontrollerad cellexpansion.
Studien avslöjade också att aktiviteten hos expansins och XETs regleras av olika signaler och miljösignaler. Till exempel stimulerar appliceringen av växthormonet auxin uttrycket av expansin- och XET-gener, vilket leder till ökad cellexpansion.
Denna forskning förbättrar avsevärt vår förståelse av de molekylära mekanismerna bakom cellexpansion i växter. Genom att klargöra rollerna för expansins och XET, och deras reglering, banar resultaten väg för potentiella tillämpningar inom jordbruk och trädgårdsodling. Manipulering av expansin och XET-aktivitet kan leda till utvecklingen av nya strategier för att förbättra grödans tillväxt och skörd, eller modifiera egenskaperna hos växtbaserade material som används i olika industrier.
