U dvije publikacije, biolozi iz Utrechta i međunarodne kolege opisuju procese koje biljke koriste za prilagođavanje toplini. Otkrića daju uvid u to kako biljke optimalno funkcioniraju pod suboptimalno visokim temperaturama. Također bi mogao biti odskočna daska prema kontroli rasta biljaka i njihovoj otpornosti na globalno zatopljenje. Znanstvenici objavljuju svoje rezultate u časopisu The Plant Journal i Nature Communications.
Polarni medvjedi u pustinji
Ipak, mnoge su biljne vrste razvile načine nošenja s višim temperaturama. "Za razliku od životinja, mnoge biljke mogu prilagoditi svoj oblik tijela kao odgovor na toplinu i druge čimbenike okoliša", kaže istraživač Martijn van Zanten, koji je povezan sa Sveučilištem Utrecht i dao je doprinos u obje publikacije. “Životinje su potpuno druga priča. Jednostavno rečeno, ako polarnog medvjeda postavite u pustinju, on će i dalje izgledati poput polarnog medvjeda s debelim krznenim kaputom. No, ako biljka raste u toplijim uvjetima, prilagodit će svoj oblik tijela u skladu s tim. Na taj način biljka pokušava optimalno funkcionirati u ovim nepovoljnijim uvjetima. ”
Od kompaktnog do otvorenog biljnog oblika
Mnoge biljne vrste mogu prilagoditi oblik svojih stabljika i lišća kako bi bile otpornije na visoke temperature. To vrijedi i za lisnatu krešu (Arabidopsis thaliana) koju mnogi biljni biolozi smatraju svojim omiljenim biljnim modelom. U hladnim uvjetima ove su biljke kompaktne i lišće im je blizu tla. Kad temperature porastu, zauzimaju otvorenije držanje. Na primjer, lišće postaje uspravnije. To uvelike smanjuje izravno zračenje sunca. Osim toga, lisne stabljike će se rastegnuti, dopuštajući da više vjetra prolazi kroz lišće i odvodi toplinu.
Željeno i neželjeno istezanje
Ipak, kod usjeva i (rezanog) cvijeća ova vrsta istezanja često je nepoželjna. Uzgajivači žele kontrolirati te promjene jer rastezanje može ometati kvalitetu proizvoda. “No, istodobno je potrebna prilagodba kako bi usjevi postali otporniji na više temperature koje su posljedica klimatskih promjena. To je potrebno za dugoročnu održavanje proizvodnje ”, kaže Van Zanten.
Čine biljke otpornijim na klimu
"Mnogi uzgojeni usjevi izgubili su sposobnost dobrog reagiranja na više temperature", kaže Van Zanten. "Kod različitih usjeva nestalo je tijekom procesa pripitomljavanja i uzgoja jer su se uzgajivači prvenstveno usredotočili na druge osobine."
S klimatskim promjenama koje povećavaju temperature, Van Zanten kaže da postoji sve veća potreba da se biljke učine klimatski tolerantnijima. “To zahtijeva znanje o tome kako se biljke nose s višim temperaturama. Kako pretvaraju temperaturne signale koje primaju u prilagodbe rasta? Istraživanje molekularnih mehanizama pomoću kojih se biljke prilagođavaju suboptimalnoj temperaturi omogućuje alate za prilagodbu arhitekture usjeva uzgojem. ”
Molekularni mehanizam uključuje toplinsko držanje
Pojavljuje se da biljke biljaka Thale kreše koje se više ne prilagođavaju višim temperaturama mogu povratiti tu sposobnost kada su izložene određenim kemikalijama. To je otkrio međunarodni istraživački tim predvođen Van Zantenom. Tim je testirao veliki broj tvari na mutantu iz talijske kreše koji se više ne prilagođava visokim temperaturama. Pronašli su molekulu koja može 'uključiti' prilagodbu visokim temperaturama u mladih biljaka, čak i pri niskim temperaturama.
Istraživači ovaj spoj zovu 'Heatin'. Kemijskom modifikacijom molekule, a zatim proučavanjem koji se proteini mogu vezati uz zagrijavanje, otkrili su skupinu proteina zvanu nitrilaze. Poznato je da se identificirana podgrupa javlja samo u kupusnjačama i srodnim vrstama, uključujući i talijansku krešu.
Zajedno s tvrtkom za uzgoj biljaka, biolozi su otkrili da doista vrste kupusa reagiraju na zagrijavanje. Također su otkrili da su nitrilaze potrebne za prilagodbu na visoke temperature, vjerojatno zato što omogućuju proizvodnju dobro poznatog hormona rasta auksina. Znanstvenici su ovo otkriće objavili u časopisu The Plant Journal.
Novi put prilagodbe visokim temperaturama
Objava rezultata Heatina podudara se s drugom publikacijom, danas u Nature Communications. To su istraživanje vodili znanstvenici s instituta VIB u Belgiji, a bio je uključen i Van Zanten. Tim je otkrio prethodno neopisani protein koji regulira način na koji se biljke prilagođavaju toplijoj okolini. Protein je dobio naziv MAP4K4/TOT3, sa TOT što znači cilj temperature.
Izvanredno, proces koji pokreće TOT3 uvelike je neovisan o svim drugim signalnim putevima koje su biolozi do sada povezivali s prilagodbom topline u biljkama. Osim toga, čini se da prilagodbe TOT3 ne ovise o količini i sastavu svjetla koje sija na biljci.
Van Zanten: “Postoji veliko preklapanje u molekularnim mehanizmima pomoću kojih biljke prilagođavaju rast promjenjivom svjetlosnom sastavu i visokoj temperaturi. S TOT3 sada imamo pri ruci faktor s kojim možemo kontrolirati rast pod visokim temperaturama, bez ometanja načina na koji biljka postupa sa svjetlošću. ”
Široke aplikacije
"Ono što ga čini još zanimljivijim", kaže Van Zanten, "je to što TOT3 igra sličnu ulogu u prilagodbi rasta pod visokim temperaturama i u kreševi i u pšenici. Ove dvije vrste su genetski prilično odvojene jedna od druge. Dakle, to nudi veliki potencijal za široke primjene. ”
Alternativa inhibitorima rasta
U konačnici, otkrića TOT3 i uloga nitrilaza mogu pomoći u nastavku uzgoja dovoljnih usjeva, čak i kad temperature porastu zbog klimatskih promjena. Otkrića također nude mogućnosti za razvoj alternativa kemikalijama koje se danas često koriste za inhibiranje rasta biljaka. Kao primjer, Van Zanten spominje rezano cvijeće, koje vrlo snažno reagira na oscilacije temperature. U cvjećarstvu se stoga koriste mnogi inhibitori rasta kako bi biljke bile lijepe i kompaktne.
"U trenutku kada na primjer kupujete tulipane, oni još uvijek imaju lijepu kratku stabljiku", kaže Van Zanten. “Ali nakon nekoliko dana u vašem domu, oni počinju visjeti preko ruba vaze. Više temperature u zatvorenim prostorima uzrokuju rastezanje biljaka, što ih na kraju dovodi do toga da se mlitavo i sagnu. Nadamo se da će nova znanja pridonijeti izboru novih cvjetnih sorti koje se manje protežu pod visokim temperaturama. Na taj način možemo smanjiti upotrebu štetnih inhibitora rasta. ”
Za više informacija:
Sveučilište Utrecht
www.uu.nl