Biljke su jako izdužene, savijene kako bi omogućile pristup sunčevoj svjetlosti svakom svom listu. Uprkos posmatranju ovog fenomena vekovima, naučnici ga ne razumeju u potpunosti. Sada su naučnici sa Instituta Salk otkrili da su dva biljna faktora - protein PIF7 i hormon rasta auksin - pokretači koji ubrzavaju rast kada su biljke u hladu i istovremeno izložene visokim temperaturama. zvaničnom sajtu Instituta.
Nalazi, objavljeni u časopisu Nature Communications 29. avgusta 2022. godine, pomoći će naučnicima da predvide kako će biljke reagovati na klimatske promene i povećati prinose uprkos tome što globalno zagrevanje šteti usevima.
"Trenutno uzgajamo usjeve na određenoj gustini, ali naši rezultati pokazuju da ćemo morati smanjiti tu gustinu kako bismo optimizirali rast biljaka zbog klimatskih promjena", kaže viši autor profesor Joanne Chory, direktorica Plant Molecular Instituta Salk i Laboratorija za ćelijsku biologiju i Howard, istraživač na Medicinskom institutu Hughes. "Razumijevanje molekularne osnove načina na koji biljke reagiraju na svjetlost i temperaturu omogućit će nam da fino podesimo gustinu sadnje kako bismo proizveli najbolje prinose."
Tokom klijanja, sadnice brzo produžuju svoje stabljike kako bi se probili kroz tlo i uhvatili sunčevu svjetlost što je prije moguće. Normalno, stabljika usporava svoj rast nakon izlaganja sunčevoj svjetlosti. Ali stabljika se može brzo ponovo izdužiti ako se biljka takmiči s okolnim biljkama za sunčevu svjetlost ili poveća udaljenost između vruće zemlje i listova biljke kao odgovor na porast temperature. Dok oba uslova okoline - sjenčanje i visoke temperature - stimuliraju rast stabljike, oni također smanjuju prinose.
U ovoj studiji, naučnici su uporedili biljke koje rastu u hladu i tople temperature u isto vreme - uslove koji oponašaju veliku gustinu sadnje i klimatske promene. Naučnici su koristili modelnu biljku Arabidopsis thaliana, kao i paradajz i blisku rodbinu duvana, jer ih je zanimalo da li su sve tri biljne vrste podjednako pogođene ovim uslovima životne sredine.
U sve tri vrste, tim istraživača je otkrio da su biljke postale izuzetno visoke kada su istovremeno pokušavale izbjeći sjenu koju stvaraju susjedne biljke i bile izložene višim temperaturama. Na molekularnom nivou, istraživači su otkrili da faktor transkripcije PIF7, protein koji pomaže u uključivanju i isključivanju gena, pomaže u jačanju rasta. Također su otkrili da se nivoi auksina, hormona rasta, povećavaju kada usjevi pronađu susjedne biljke, što potiče rast kao odgovor na istovremene više temperature. Ovaj sinergistički put PIF7-auksina omogućio je biljkama da odgovore na svoje okruženje i prilagode se u potrazi za najboljim uslovima rasta.
Srodni faktor transkripcije, PIF4, također je stimulirao izduživanje stabljike na visokim temperaturama. Međutim, uz kombinaciju hladovine i povišenih temperatura, ovaj faktor više nije igrao važnu ulogu.
"Iznenadili smo se kada smo otkrili da PIF4 ne igra važnu ulogu jer su prethodne studije pokazale važnost ovog faktora u povezanim situacijama rasta", kaže prvi autor studije Yogev Burko, istraživač na Institutu Salk i vanredni profesor na Institutu Salk. Organizacija za poljoprivredna istraživanja pri Izraelskom institutu za vulkane. “Činjenica da je PIF7 dominantni pokretač rasta ove biljke bila je pravo iznenađenje. S ovim novim saznanjima, nadamo se da ćemo fino podesiti odgovor rasta različitih usjeva kako bismo im pomogli da se prilagode klimatskim promjenama.”
Istraživači vjeruju da postoji još jedan faktor koji tek treba otkriti koji pojačava učinak PIF7 i auksina. Nadaju se da će istražiti ovaj nepoznati faktor u budućim studijama. Berkova laboratorija će također proučavati kako se ovaj put može optimizirati u usjevima.
„Globalne temperature rastu, pa su nam potrebni usjevi hrane koji mogu rasti u ovim novim uvjetima“, kaže Chori, suvoditelj Inicijative za korištenje biljaka Salk i Howard H. i Maryam R. Newman Katedra za biljnu biologiju. “Identificirali smo ključne faktore koji reguliraju rast biljaka na visokim temperaturama, što će nam pomoći da uzgajamo produktivnije usjeve za prehranu budućih generacija.”