Växter kan motstå klimatförändringar och återhämta genom att justera ligninets "kemiska kod"

En växtrörscell förstärkt med lignin är mycket motståndskraftig mot undertryck i motsats till de tillplattade cellerna runt omkring. Foto med skanningelektronmikroskopi: Cheng Choo Lee

Lignin är den näst vanligaste biopolymeren och motsvarar cirka 30 procent av det totala kolet på vår planet. Ligninet tillåter växter att leda vatten och stå upprätt och utan lignin skulle växter varken kunna växa eller överleva.
 

Delphine Ménard preparerar växtceller som kan aktiveras för att bli rörceller i provrör. Foto: Edouard Pesquet

– Växter är uppbyggda av många olika typer av celler, några av dem är förstärkta med lignin och sätts samman med varandra för att bilda ett rör som leder vatten, som ett sugrör för att dricka en drink. Lignin är så starkt att rörcellerna kan motstå vakuum medan andra celler blir helt tillplattade, förklarar Delphine Ménard som är forskare vid Institutionen för ekologi, miljö och botanik (DEEP), Stockholms universitet.

Påvisat kemisk kod för ligni

En växt med aldehydrikt lignin återhämtar sig från torka medan en växt med alkoholrikt lignin dör.

Under lång tid trodde forskarna inte att lignin hade en kod som i DNA eller proteiner. Forskare vid DEEP har i samarbete med Institutionen för material- och miljökemi vid Stockholms universitet och Tokyo University of Agriculture and Technology (TUAT) nu utmanat detta gamla paradigm genom att visa att det finns en sorts kemisk kod för lignin. Forskarna visar att varje lignincell använder den "kemiska koden" för att justera sig för att fungera optimalt och motstå stress. Resultaten publiceras i tidskriften The Plant Cell och skulle kunna användas inom både jord- och skogsbruk för att tackla framtida klimatutmaningar.

– Det krävs bara en enkel kemisk förändring; att en enda väteatom överförs från alkohol till aldehyd för att göra växter mycket motståndskraftiga mot torka under förhållanden där alla alkoholrika växter skulle dö, förklarar Edouard Pesquet, docent i molekylär växtfysiologi och en av forskarna bakom studien.

Möjligheter att förbättra grödor och trä

Dessutom visade professor Shinya Kajita från TUAT att stora ökningar av ligninaldehyder också kan förekomma naturligt. I den japanska sidenindustrin har till exempel mullbär med de högsta nivåerna av ligninaldehyd länge använts och älskats av silkeslarver.
 

Edouard Pesquet, docent och koordinator för studien, observerar prover med hjälp av bildanalys. Foto: Sepehr Bardi

– Dessa resultat förändrar vår syn på hur lignin och vatten leds i en växt. De öppnar också upp för möjligheter att använda ligninkoden till att förbättra grödor och träd för att hantera problem med vattentillgång. Modifieringen av ligninkemin på cellnivå är en mekanism som kan göra det möjligt för växter att växa, återfukta sig och stå emot påfrestningar från klimatförändringar, säger Edouard Pesquet.

Studien Plant biomechanics and resilience to environmental changes are controlled by specific lignin chemistries in each vascular cell type and morphotype av Ménard, Blaschek et al. publiceras i tidskriften The Plant Cell i september 2022.