Í tveimur ritum lýsa líffræðingar í Utrecht og alþjóðlegir samstarfsmenn ferlum sem plöntur nota til að laga sig að hlýju. Uppgötvunin veitir innsýn í hvernig plöntur virka best við undir háan hitastig. Það gæti einnig veitt skref í átt að því að stjórna vexti plantna og gera þær ónæmari fyrir hlýnun jarðar. Vísindamennirnir birta niðurstöður sínar í The Plant Journal and Nature Communications.
Ísbirnir í eyðimörkinni
Samt hafa margar plöntutegundir þróað leiðir til að takast á við hærra hitastig. „Ólíkt dýrum geta margar plöntur aðlagað líkamsform sitt til að bregðast við hlýju og öðrum umhverfisþáttum,“ segir rannsakandinn Martijn van Zanten, sem er tengdur háskólanum í Utrecht og hefur lagt sitt af mörkum í báðum ritunum. „Dýr eru allt önnur saga. Einfaldlega sagt, ef þú setur ísbjörn í eyðimörkina, mun hann samt líta út eins og ísbjörn með þykkan loðfeld. En ef planta vex við hlýrri aðstæður mun hún aðlaga líkamsgerð sína í samræmi við það. Á þennan hátt reynir verksmiðjan að virka best við þessar óhagstæðari aðstæður.
Frá þéttu til opnu plöntuformi
Margar plöntutegundir geta aðlagað lögun stafanna og laufanna til að gera þær ónæmari fyrir háum hita. Þetta á einnig við um thale cress (Arabidopsis thaliana), sem margir plöntulíffræðingar líta á sem uppáhalds plöntulíkanið þeirra. Við kalt ástand eru þessar plöntur þéttar og hafa laufin nálægt jörðu. Þegar hitastig hækkar, taka þeir opnari líkamsstöðu. Blöð verða til dæmis uppréttari. Þetta dregur verulega úr beinni geislun frá sólinni. Að auki munu laufstönglarnir teygja sig og leyfa meiri vindi að fara framhjá laufunum og dreifa hitanum.
Æskileg og óæskileg teygja
Samt í ræktun og (skera) blómum er þessi teygja oft óæskileg. Ræktendur vilja stjórna þessum breytingum þar sem teygja getur hindrað gæði vörunnar. „En á sama tíma er aðlögun nauðsynleg til að gera ræktun ónæmari fyrir hærra hitastigi vegna loftslagsbreytinga. Það er nauðsynlegt til að viðhalda framleiðslu til lengri tíma litið, “segir Van Zanten.
Gerir plöntur þolnari fyrir loftslagi
„Margir ræktaðar ræktanir hafa misst getu til að bregðast vel við hærra hitastigi,“ segir Van Zanten. „Í ýmsum ræktunum hvarf það við húsnæðis- og ræktunarferlið þar sem ræktendur lögðu fyrst og fremst áherslu á aðra eiginleika.
Með loftslagsbreytingum sem hækka hitastigið segir Van Zanten að það sé vaxandi þörf fyrir að gera plöntur þolnari fyrir loftslagi. „Þetta krefst þekkingar á því hvernig plöntur þola hærra hitastig. Hvernig breyta þeir hitamerkjum sem þeir fá í vaxtaraðlögun? Með því að rannsaka sameindaaðferðirnar sem plöntur aðlagast undir hámarkshita, gera tæki kleift að laga arkitektúr ræktunar með ræktun.
Sameindakerfi kveikir á hitastöðu
Thale cress plöntur sem ekki lengur aðlagast hærra hitastigi birtast geta endurheimt þá getu þegar þeir verða fyrir ákveðnum efnum. Þetta uppgötvaði alþjóðlegt rannsóknarteymi undir forystu Van Zanten. Liðið prófaði mikinn fjölda efna á stökkbrigði í thales cress sem aðlagast ekki lengur háum hita. Þeir fundu sameind sem getur „kveikt“ á aðlögun að háum hita í ungum plöntum, jafnvel við lágt hitastig.
Vísindamennirnir kalla þetta efnasamband „Heatin“. Með því að breyta sameindinni efnafræðilega og rannsaka síðan hvaða prótein geta tengst upphitun fundu þeir hóp próteina sem kallast nítrílasar. Vitað er að tilgreindur undirhópur kemur aðeins fyrir í hvítkálum og skyldum tegundum, þar með talnum káli.
Ásamt plönturæktunarfyrirtæki uppgötvuðu líffræðingarnir að vissulega hvítkálstegundir bregðast við upphitun. Þeir uppgötvuðu einnig að nítrílasarnir eru nauðsynlegir til aðlögunar að háum hita, sennilega vegna þess að þeir gera framleiðslu á þekktu vaxtarhormóni auxíni. Vísindamennirnir birtu þessa uppgötvun í The Plant Journal.
Ný leið til aðlögunar við háan hita
Birting Heatin niðurstaðna fer saman við aðra útgáfu, í dag í Nature Communications. Þessar rannsóknir voru leiddar af vísindamönnum við VIB stofnunina í Belgíu, þar sem Van Zanten var einnig þátttakandi. Liðið uppgötvaði áður óútskýrt prótein sem stjórnar því hvernig plöntur aðlagast hlýrra umhverfi. Próteinið var nefnt MAP4K4/TOT3, með TOT sem þýðir hitastigsmarkmið.
Athyglisvert er að TOT3-drifið ferli er að miklu leyti óháð öllum öðrum boðleiðum sem líffræðingar hafa hingað til tengt við aðlögun hlýju í plöntum. Að auki virðist aðlögun TOT3 ekki vera háð magni og samsetningu ljóss sem skín á plöntu.
Van Zanten: „Það er mikil skörun á sameindaaðferðum sem plöntur laga vöxt að breyttri ljósasamsetningu og háum hita. Með TOT3 höfum við nú þátt í hendi sem við getum stjórnað vexti við háan hita án þess að trufla hvernig álverið berst við ljós.
Víðtæk forrit
„Það sem gerir það enn áhugaverðara,“ segir Van Zanten, „er að TOT3 gegnir svipuðu hlutverki í vaxtaraðlögun við háan hita bæði í káli og í hveiti. Þessar tvær tegundir eru erfðafræðilega aðskildar frá hvor annarri. Þannig að það býður upp á mikla möguleika fyrir breið forrit. “
Val til vaxtarhemla
Að lokum geta uppgötvanir TOT3 og hlutverk nítrílasa hjálpað til við að rækta nægjanlega ræktun, jafnvel þegar hitastig hækkar vegna loftslagsbreytinga. Uppgötvunin býður einnig upp á tækifæri til að þróa valkosti við efni sem eru nú oft notuð til að hamla plöntuvöxt. Sem dæmi nefnir Van Zanten afskorin blóm, sem bregðast mjög sterkt við hitasveiflum. Í blómræktinni eru því margir vaxtarhemlar notaðir til að halda plöntunum fínum og þéttum.
„Um leið og þú kaupir túlípanar, þá hafa þeir til dæmis ennþá fínan stuttan stilk,“ segir Van Zanten. „En eftir nokkra daga heima hjá þér byrja þeir að hanga yfir jaðri vasans. Hærra hitastig innandyra veldur því að plönturnar teygja sig og að lokum leiða þær til þess að þær haltra og beygja sig. Við vonum að nýja þekkingin stuðli að vali á nýjum blómafbrigðum sem teygja sig minna undir háum hita. Þannig getum við dregið úr notkun skaðlegra vaxtarhemla.
Nánari upplýsingar:
Utrecht University
www.uu.nl