Utrechtski biologi in mednarodni kolegi v dveh publikacijah opisujejo procese, s katerimi se rastline prilagajajo toploti. Odkritja omogočajo vpogled v to, kako rastline optimalno delujejo pod neoptimalno visokimi temperaturami. Prav tako bi lahko bil odskočna deska za nadzor rasti rastlin in njihovo odpornost na globalno segrevanje. Raziskovalci svoje rezultate objavljajo v The Plant Journal in Nature Communications.
Polarni medvedi v puščavi
Kljub temu so številne rastlinske vrste razvile načine za obvladovanje višjih temperatur. "V nasprotju z živalmi lahko številne rastline prilagodijo svojo telesno obliko kot odziv na toploto in druge okoljske dejavnike," pravi raziskovalec Martijn van Zanten, ki je povezan z univerzo v Utrechtu in je prispeval k obema publikacijama. »Živali so povsem druga zgodba. Preprosto povedano, če v puščavo postavite polarnega medveda, bo še vedno videti kot polarni medved z debelo bundo. Če pa rastlina raste v toplejših razmerah, bo temu primerno prilagodila obliko telesa. Na ta način poskuša rastlina v teh manj ugodnih pogojih delovati optimalno. «
Od kompaktne do odprte rastlinske oblike
Številne rastlinske vrste lahko prilagodijo obliko svojih stebel in listov, da postanejo bolj odporne na visoke temperature. To velja tudi za krešo tala (Arabidopsis thaliana), ki jo mnogi rastlinski biologi štejejo za svoj najljubši rastlinski model. V hladnih razmerah so te rastline kompaktne in imajo liste blizu tal. Ko se temperature dvignejo, zavzamejo bolj odprto držo. Listi na primer postanejo bolj pokončni. To močno zmanjša neposredno sončno sevanje. Poleg tega se bodo stebla listov raztegnila, kar bo omogočilo, da več vetra prehaja listje in odvaja toploto.
Želeno in neželeno raztezanje
Toda pri posevkih in (rezanih) cvetovih je tovrstno raztezanje pogosto nezaželeno. Pridelovalci želijo te spremembe nadzorovati, saj lahko raztezanje ovira kakovost izdelkov. „Hkrati pa je potrebna prilagoditev, da bodo pridelki bolj odporni na višje temperature, ki so posledica podnebnih sprememb. To je potrebno za dolgoročno ohranitev proizvodnje, «pravi Van Zanten.
Narediti rastline bolj odporne na podnebje
"Mnogi gojeni pridelki so izgubili sposobnost dobrega odzivanja na višje temperature," pravi Van Zanten. "Pri različnih pridelkih je med udomačevanjem in vzrejo izginil, saj so se rejci osredotočali predvsem na druge lastnosti."
Zaradi podnebnih sprememb, ki zvišujejo temperature, Van Zanten pravi, da je vedno večja potreba po rastlinah, ki bodo bolj podnebno tolerantne. »To zahteva znanje o tem, kako se rastline spopadajo z višjimi temperaturami. Kako pretvorijo prejete temperaturne signale v prilagoditve rasti? Raziskovanje molekularnih mehanizmov, s katerimi se rastline prilagajajo neoptimalni temperaturi, omogoča orodja za prilagajanje arhitekture pridelkov z vzrejo. "
Molekularni mehanizem vklopi držo toplote
Videti je, da rastline krešarice Thale, ki se ne prilagajajo več na višje temperature, ponovno pridobijo to sposobnost, če so izpostavljene nekaterim kemikalijam. To je odkrila mednarodna raziskovalna skupina pod vodstvom Van Zantena. Skupina je testirala veliko število snovi na mutantu talovih kreš, ki se ne prilagaja več visokim temperaturam. Našli so molekulo, ki lahko pri mladih rastlinah 'vklopi' prilagajanje na visoke temperature, tudi pri nizkih temperaturah.
Raziskovalci to spojino imenujejo "Heatin". S kemično modifikacijo molekule in nato preučevanjem, katere beljakovine se lahko vežejo na segrevanje, so našli skupino proteinov, imenovano nitrilaze. Znano je, da se identificirana podskupina pojavlja samo pri zelju in sorodnih vrstah, vključno s krešo tala.
Biologi so skupaj s podjetjem za vzrejo rastlin odkrili, da se vrste zelja resnično odzivajo na ogrevanje. Ugotovili so tudi, da so nitrilaze potrebne za prilagajanje visoki temperaturi, verjetno zato, ker omogočajo proizvodnjo znanega rastnega hormona auksina. Raziskovalci so to odkritje objavili v The Plant Journal.
Nova pot za prilagoditev na visoke temperature
Objava rezultatov Heatin sovpada z drugo objavo, danes v Nature Communications. To raziskavo so vodili znanstveniki z inštituta VIB v Belgiji, sodeloval pa je tudi Van Zanten. Ekipa je odkrila prej neopisane beljakovine, ki uravnavajo način prilagajanja rastlin na toplejše okolje. Beljakovina se je imenovala MAP4K4 / TOT3, pri čemer TOT pomeni Target of Temperature.
Izjemno je, da proces, ki ga vodi TOT3, v veliki meri neodvisen od vseh drugih signalnih poti, ki so jih biologi doslej povezovali s prilagoditvijo toplote v rastlinah. Poleg tega se zdi, da prilagoditve s TOT3 niso odvisne od količine in sestave svetlobe, ki sije na rastlino.
Van Zanten: »Molekularni mehanizmi se močno prekrivajo, s čimer rastline prilagajajo rast spremenljivi sestavi svetlobe in visoki temperaturi. Z TOT3 imamo zdaj na voljo dejavnik, s katerim lahko nadzorujemo rast pod visokimi temperaturami, ne da bi pri tem posegali v način, kako rastlina ravna s svetlobo. "
Široke aplikacije
„Kar je še bolj zanimivo,“ pravi Van Zanten, „je, da ima TOT3 podobno vlogo pri prilagajanju rasti pri visoki temperaturi tako v talovih krešah kot v pšenici. Ti dve vrsti sta genetsko precej ločeni med seboj. Torej to ponuja velik potencial za široko uporabo. "
Alternativa zaviralcem rasti
Konec koncev lahko odkritja TOT3 in vloga nitrilaz pripomorejo k nadaljnjemu gojenju zadostnih pridelkov, tudi če se temperature dvignejo zaradi podnebnih sprememb. Odkritja ponujajo tudi možnosti za razvoj alternativ kemikalijam, ki se danes pogosto uporabljajo za zaviranje rasti rastlin. Van Zanten kot primer omenja rezano cvetje, ki se zelo močno odziva na nihanja temperature. V cvetličarstvu se zato za ohranjanje lepih in kompaktnih rastlin uporabljajo številni zaviralci rasti.
"V trenutku, ko na primer kupite tulipane, imajo še vedno lepo kratko steblo," pravi Van Zanten. »Toda po nekaj dneh v vašem domu začnejo visi čez rob vaze. Višje temperature v zaprtih prostorih povzročajo, da se rastline raztegnejo, sčasoma pa postanejo šepave in upognjene. Upamo, da bo novo znanje prispevalo k izbiri novih sort cvetov, ki se pod visokimi temperaturami manj raztezajo. Na ta način lahko zmanjšamo uporabo škodljivih zaviralcev rasti. «
Za več informacij:
Univerza v Utrechtu
www.uu.nl