Klynger sig til væggene i tropiske huler er en type plante med et enkelt blad, der bliver ved med at vokse sig større, så længe planten overlever. Forskere ved University of Tokyo håber, at deres undersøgelse af denne usædvanlige art kan hjælpe med at inspirere fremtidige genetiske værktøjer til at kontrollere størrelsen af almindelige afgrødeplanter.
"Vi er glade for, at vi endelig fik et lille gennembrud med at studere denne plante," sagde professor Hirokazu Tsukaya, der ledede det nylige forskningsprojekt.
Plantens videnskabelige navn, Monophyllaea glabra, betyder "hårløse arter af enbladede planter." M. glabra spirer fra et frø med to embryonale blade kaldet kimblade, men kun en af kimbladene fortsætter med at udvikle sig til et blad.
Alle Monophyllaea-arter vokser ét blad, der, så vidt forskerne har observeret, kan fortsætte med at vokse sig større, så længe planten lever. De fleste planter har ingen begrænsning på antallet af blade, de kan dyrke, men disse blade har en forudbestemt maksimal størrelse.
Tsukaya prøvede første gang at arbejde med Monophyllaea i begyndelsen af 1990'erne efter en tur for at se planterne vokse i deres oprindelige habitat i Thailand.
"Monophyllaea kan lide at leve i kalkstenshuler i Sydøstasien. Hvis du har en chance for at tage dertil, kan du nemt se disse planter," sagde Tsukaya.
Den samme nysgerrige biologi, der gjorde planterne så interessante, gjorde dem også udfordrende at studere med nye genetiske værktøjer, der på det tidspunkt blev designet til mere almindelige arter med øjeblikkelig landbrugsmæssig eller medicinsk relevans. Efter ti årtiers pause, mens andre molekylære teknikker udviklede sig, begyndte projektet for at forstå Monophyllaea igen for nylig, da ph.d.-studerende og førsteforfatter til forskningspapiret Ayaka Kinoshita sluttede sig til laboratoriet.
"Jeg tror, at vores er det eneste laboratorium i verden, der i øjeblikket studerer denne art," sagde Tsukaya.
Forståelse af, hvad der gør Monophyllaea unikke nødvendige værktøjer, der kunne se genernes placering og aktivitetsniveau tidligt i bladets udvikling. En teknik kendt som helmonteret in situ-hybridisering giver forskere mulighed for at bevare hele bidder af en organisme, ikke kun tynde skiver, og låse alt det genetiske materiale på plads, som cellerne brugte på tidspunktet for deres død. Teknikken er almindeligt anvendt i dyrevæv, men er mere kompliceret at bruge i planter på grund af den stive ydre cellevæg omkring planteceller.
"Heldigvis er et andet af vores laboratoriemedlemmer, assisterende professor Hiroyuki Koga, en ægte professionel i at bruge hele monteringssystemet, og han fortsatte med at udvikle en passende metode til planter," sagde Tsukaya. Koga er den anden forfatter til forskningspublikationen og var i stand til at perfektionere en teknik til at bevare hele tre uger gamle Monophyllaea-planter.
I planter med standardanatomi udtrykkes genet SHOOT MERISTEMLESS (STM) i celler ved de voksende spidser af stængler, omt alt som skudmeristemet. Derudover udtrykkes genet ANGUSTIFOLIA3 (AN3) i meget unge blade for at fremme multiplikationen af celler, der danner bladet.
"Med vores blotte øje kan vi ikke se noget skudmeristem i Monophyllaea. Så vi vil gerne vide, er det tabt, eller er det modificeret?" forklarede Tsukaya.
I stedet for at adskille placeringen og timingen af STM- og AN3-genekspression, viste unge Monophyllaea overlappende ekspression af de to gener. Forskere siger, at det, der ligner et simpelt blad i Monophyllaea, faktisk er en kombination eller sammensmeltning af skudmeristem og blad.
"I Monophyllaea overlapper ekspressionsområderne, hvilket tyder på, at denne plante er en hybrid af et norm alt blad- og skudmeristem. Vi formoder, at dette nysgerrige genekspressionsmønster er en af grundene til, at planten har et så nysgerrigt udseende," sagde Tsukaya.
Forskere siger, at forståelsen af, hvordan usædvanlige arter som M. glabra udviklede sig til at bruge almindelige gener på usædvanlige måder, vil hjælpe landbrugsforskere med at udvikle værktøjer til at kontrollere størrelsen af blade til optimal landbrugsdyrkning i fremtiden.
"Vi studerer M. glabra, fordi egenskaberne ved Monophyllaea-udvikling er meget unikke, og de kan ikke findes i nogen mutanter af almindelige laboratorieplanter. Håndtering af det unikke fænomen kan helt sikkert give ny indsigt til plantevidenskaben," sagde Tsukaya.
