En el pasado, escribimos sobre investigaciones que muestran que las plantas son mejores para reducir la compactación del suelo que los subsoladores. Pero, ¿cómo pueden hacer eso? Bueno, la historia de hoy nos da la respuesta cortesía de investigadores de la Universidad de Duke. ¡Gracias a Robin Smith y Veronique Koch por esta excelente historia! Asegúrese de ver el baile de raíces en el video 1:12 al final de la historia.
Los investigadores de Duke han estado estudiando algo que sucede demasiado lentamente para que nuestros ojos lo vean. Un equipo en biólogo Philip Benfey ’ El laboratorio de s quería ver cómo las raíces de las plantas se entierran en el suelo. Así que instalaron una cámara en las semillas de arroz que brotaban en gel transparente y tomaron una nueva foto cada 15 minutos durante varios días después de la germinación.
Cuando reprodujeron sus imágenes a 15 cuadros por segundo, comprimiendo 100 horas de crecimiento en menos de un minuto, vieron que las raíces de arroz usan un truco para establecer su primer punto de apoyo en el suelo:sus puntas de crecimiento hacen movimientos similares a los de un sacacorchos, meneándose y serpenteando en un camino helicoidal.
Mediante el uso de sus imágenes de lapso de tiempo, junto con un robot similar a una raíz para probar ideas, los investigadores obtuvieron nuevas perspectivas. sobre cómo y por qué las puntas de las raíces de las plantas giran a medida que crecen.
La primera pista vino de otra cosa que notó el equipo:algunas raíces no pueden hacer el baile del sacacorchos. Descubrieron que el culpable es una mutación en un gen llamado HK1 que hace que crezcan hacia abajo, en lugar de dar vueltas y serpentear como lo hacen otras raíces.
El equipo también notó que las raíces mutantes crecieron el doble de profundas que las normales. Lo que planteó una pregunta:"¿Qué hace el crecimiento de punta en espiral más típico para la planta?" dijo Isaiah Taylor , asociado postdoctoral en el laboratorio de Benfey en Duke.
Los movimientos sinuosos de las plantas fueron "un fenómeno que fascinó a Charles Darwin", incluso hace 150 años, dijo Benfey. En el caso de los brotes, hay una utilidad obvia:enroscarlos y girarlos hace que sea más fácil agarrarlos mientras suben hacia la luz del sol. Pero cómo y por qué sucede en las raíces era más un misterio.
Las semillas que brotan tienen un desafío, dicen los investigadores. Para sobrevivir, la primera diminuta raíz que emerge tiene que anclar la planta y sondear hacia abajo para absorber el agua y los nutrientes que la planta necesita para crecer.
Lo que los hizo pensar:tal vez en las puntas de las raíces, este crecimiento en espiral es una estrategia de búsqueda, una forma de encontrar el mejor camino a seguir, dijo Taylor.
En experimentos realizados en el laboratorio del profesor de física Daniel Goldman en Georgia Tech, las observaciones de raíces de arroz normales y mutantes que crecían sobre una placa de plástico perforada revelaron que las raíces en espiral normales tenían tres veces más probabilidades de encontrar un agujero y crecer hacia el otro lado.
Colaboradores de Georgia Tech y la Universidad de California, Santa Bárbara construyó un robot suave y flexible que se despliega desde su punta como una raíz y lo suelta en una carrera de obstáculos que consta de clavijas espaciadas de manera desigual.
Para crear el robot, el equipo tomó dos tubos de plástico inflables y los anidó uno dentro del otro. Cambiar la presión del aire empujó el tubo interior blando de adentro hacia afuera, haciendo que el robot se alargara desde la punta. La contratación de pares opuestos de "músculos" artificiales hizo que la punta del robot se doblara de lado a lado a medida que crecía.
Incluso sin sensores o controles sofisticados, la raíz robótica aún podía atravesar obstáculos y encontrar un camino a través de las clavijas. Pero cuando se detuvo la flexión de un lado a otro, el robot se atascó rápidamente contra una clavija.
Finalmente, el equipo cultivó semillas de arroz normales y mutantes en una mezcla de tierra utilizada para campos de béisbol, para probarlas en obstáculos que una raíz encontraría en el suelo. Efectivamente, aunque los mutantes tuvieron problemas para conseguir un punto de apoyo, las raíces normales con puntas en espiral pudieron perforar.
El crecimiento en espiral de la punta de una raíz está coordinado por la hormona vegetal auxina, una sustancia de crecimiento que los investigadores creen que puede moverse alrededor de la punta de una raíz en crecimiento en un patrón similar a una onda. La acumulación de auxina en un lado de la raíz hace que esas células se alarguen menos que las del otro lado y la punta de la raíz se dobla en esa dirección.
Las plantas que portan la mutación HK1 no pueden bailar debido a un defecto en la forma en que se transporta la auxina de una célula a otra, encontraron los investigadores. Bloquea esta hormona y las raíces pierden su capacidad de girar.
El trabajo ayuda a los científicos a comprender cómo crecen las raíces en suelos duros y compactados.
Este trabajo fue apoyado por una subvención de la Fundación Nacional de Ciencias (PHY-1915445, 1237975, GRFP-2015184268), el Instituto Médico Howard Hughes, la Fundación Gordon and Betty Moore (GBMF3405), la Fundación para la Investigación Agrícola y Alimentaria (534683), los Institutos Nacionales de Salud (GM122968) y la Cátedra de la Familia Dunn.
CITA:"Mecanismo y función de circunvalación de la raíz", Isaiah Taylor, Kevin Lehner, Erin McCaskey, Niba Nirmal, Yasemin Ozkan-Aydin, Mason Murray-Cooper, Rashmi Jain, Elliot W. Hawkes, Pamela C. Ronald, Daniel I. Goldman, Philip N. Benfey. Actas de la Academia Nacional de Ciencias, 19 de febrero de 2021. DOI: 10.1073/pnas.2018940118
https://today.duke.edu/2021/02/time-lapse-reveals-hidden-dance-roots
