José Dinneny regândește modul în care plantele vânează apă

José Dinneny, 39 de ani
Biolog de stres vegetal
Instituția Carnegie pentru Știință

SN 10 2017: Vezi lista completă a oamenilor de științăJosé Dinneny vrea să vedem plantele ca pe lucruri mai ciudate.

„Sunt capabili să integreze informații și să ia decizii coerente fără un sistem nervos, fără un creier”, subliniază el. În plus, plantele găsesc apă fără vedere sau atingere. Pentru prea mulți dintre noi, totuși, gazonul, salatele și ghivecele de pe un pervaz însorit fac plantele atât de familiare încât am devenit orbi la cât de exotice sunt.

„Căutăm sistemul solar și galaxia pentru viață extraterestră”, spune Dinneny, 39 de ani, „și avem extratereștri pe propria noastră planetă”.

Fiorul de a descoperi căile extraterestre ale plantelor îl determină pe Dinneny să exploreze modul în care rădăcinile caută apă. Grupul său de cercetare, de la laboratoarele Carnegie Institution for Science din Stanford, California, „funcţionează pe baza curiozităţii”, spune el.

Munca lui ar putea avea consecințe practice în materie de securitate alimentară și geopolitice. Dinneny este pasionat de motivele moleculare și cum de reglare a creșterii plantelor. Dintr-o experiență în dezvoltarea plantelor de bază, a trecut la problemele legate de stresul mediului. Aceste întrebări sunt importante în „această criză uriașă cu care ne confruntăm ca specie”, spune Jonathan Lynch, un biolog rădăcină la Penn State și la Universitatea din Nottingham din Anglia. A ști cum să crești plante în medii degradate de schimbările climatice va fi crucial pentru hrănirea unei populații umane în explozie.

GLO-Roots
CUM A CRESCUT O configurație numită GLO-Roots permite cercetătorilor să vizualizeze modul în care rădăcinile unui răsad de creson explorează solul. Această vizualizare combină imagini zilnice, începând cu 11 zile după însămânțarea semințelor (DAS). Cu cât colorația se apropie de alb, cu atât rădăcinile mici s-au format mai recent. R. Rellán-Álvarez et al/eLIFE 2015

Lynch îl numește pe Dinneny „unul dintre aceste personaje de tranziție, foarte important în știință”. El construiește punți între biologii moleculari puri și cei mai mulți biologi ai plantelor agricole, „oameni ca mine care se gândesc la anumite plante”, spune Lynch. Cele două grupuri rareori se amestecă și se concentrează pe obiective și priorități diferite, spune Lynch. Își amintește un atelier din 2015 despre dezvoltarea plantelor și stresul secetei pe care Dinneny a ajutat-o ​​să-l organizeze: „Oamenii stăteau în picioare și strigau”.

Pentru a adăuga un plus de realism agricol cercetării rădăcinilor moleculare, Dinneny și colegii săi au dezvoltat o nouă alternativă la răsadurile tipice din vase Petri. Sistemul, numit GLO-Roots, face rădăcinile din sol mai ușor de urmărit. Rădăcinile plantelor induse să strălucească s-au răspândit în sandvișuri subțiri de sol între două plăci clare, țesându-se printre pungi de aer, micro râuri și cheaguri de murdărie. Analiza computerizată a imaginilor urmărește în cazul în care țesuturile rădăcinilor se luminesc pe măsură ce diferite gene se activează în observatorul subteran sclipitor, oferind cercetătorilor indicii despre modul în care rădăcinile detectează și răspund la mediul lor.

Împingerea unei ramuri laterale pentru a căuta apă se dovedește a fi o problemă locală pe o rădăcină, au descoperit Dinneny și colegii săi utilizând scanări micro-CT ale rădăcinilor din sol. Analiza hormonilor a arătat că țesuturile pot simți diferențele de apă pe o scară de doar micrometri. Echipa a descris dezvoltarea de bază a ceea ce Dinneny numește „hydropatterning” în 2014 Proceedings of the National Academy of Sciences.

„Eu și mulți alți oameni am studiat rădăcinile laterale de mulți ani”, spune Malcolm Bennett de la Universitatea din Nottingham, care a colaborat la studiu. Era familiar să vezi răsaduri formând rădăcini mai ales pe partea umedă. Dar Dinneny s-a gândit să întrebe cum se întâmpla de fapt ceva atât de evident.

Acum, el și colegii cercetează mai profund mecanismele celulare de la locul de muncă. Celulele individuale din rădăcină trebuie să se extindă pentru a detecta apa, au propus el și colegul de la Carnegie Neil E. Robbins II online în ianuarie la bioRxiv.org.

secțiune transversală a unei rădăcini de orez
RAMIFICARE O secțiune transversală a unei rădăcini de orez a format o ramură care iese în afară pentru a căuta apă, doar una dintre numeroasele opțiuni de direcție minuscule care vor determina dacă o plantă poate găsi ceea ce are nevoie pentru a supraviețui. Pooja Aggarwal

Plantele sunt foarte diferite de vertebrate, care se dezvoltă în timp ce sunt protejate în pântece sau ouă. Ramificarea rădăcinilor răspunde la declanșatorii externi, îndreptându-se către rezervoare de susținere a vieții.

Într-o lume diferită, spune Dinneny, treaba lui ar fi putut fi să gătească plante în loc să le studieze. El poate „face o ghiveci răutăcioasă” și se bucură de provocarea de noapte de a pregăti o masă pe care cei trei copii ai săi o „găsesc comestibilă”. Bunicul său matern gătea în anii 1950 într-o stațiune din Acapulco, Mexic, a impresionat un vizitator care și-a angajat bunicii ca bucătar și menajeră acasă. Asta a însemnat o mutare în sudul Californiei și, în cele din urmă, un post de bucătar pentru bunicul într-un restaurant din Los Angeles.

Dinneny și-a petrecut o mare parte din copilărie în Valea San Fernando din California. „Nu am fost urmărit să fac nimic excelent”, spune el despre anii săi de școală. „Am fost plasat în clase care nu erau deosebit de provocatoare.” Totuși, în clasa a 10-a, a luat o clasă de biologie la nivel avansat și încă își amintește un moment esențial când profesorul său a întrebat despre o legătură chimică în ADN. „Am fost singura persoană care a ridicat mâna.” Răspunsul: o legătură fosfodiesterică. „Toată lumea s-a uitat în jur prin cameră, întrebându-se cine ar fi putut să cunoască acel factoid”, spune el.

El a fost el însuși surprins și a început să-și dea seama că are talent de a înțelege biologia. A făcut lobby din greu pentru a se transfera la clase avansate și a început să se aplice la studii. Nu provenea dintr-o familie academică, dar avea exemple bune de muncă din greu, inclusiv mama sa singură, contabilă guvernamentală.

„Adesea ne cam înghițim: „OK, sunt bun la asta” sau „Nu sunt bun la asta”. Sau se descurcă bine pentru că sunt în mod inerent mai buni în a face asta decât mine’”, spune el. „Există o relație magică între efort și succes.” Nu toate obiectivele sunt îndeplinite, dar „o să te descurci mai bine decât ai crezut vreodată”.

Până în ultimul an, Dinneny era un student A îndreptat la Universitatea din California, Berkeley. Acolo, o abordare holistică a științei plantelor l-a captivat. Pentru doctoratul său, la Universitatea din California, San Diego, a studiat genetica dezvoltării plantelor, apoi a trecut la studiul plantelor sub stresul mediului.

Creaturile din adâncurile mării și explorarea oceanelor îl captivaseră o mare parte a copilăriei sale. Dar plantele s-au dovedit a fi destul de ciudate.