Kahdessa julkaisussa Utrechtin biologit ja kansainväliset kollegat kuvaavat prosesseja, joita kasvit käyttävät sopeutumiseen lämpöön. Löydöt antavat oivalluksia siitä, miten kasvit toimivat optimaalisesti alle optimaalisesti korkeissa lämpötiloissa. Se voisi myös tarjota askelen kohti kasvien kasvun hallintaa ja tehdä niistä vastustuskykyisempiä ilmaston lämpenemiselle. Tutkijat julkaisevat tulokset julkaisuissa The Plant Journal ja Nature Communications.
Jääkarhut autiomaassa
Silti monet kasvilajit ovat kehittäneet tapoja selviytyä korkeammissa lämpötiloissa. "Toisin kuin eläimet, monet kasvit voivat mukauttaa kehonsa vastauksena lämpöön ja muihin ympäristötekijöihin", sanoo tutkija Martijn van Zanten, joka on sidoksissa Utrechtin yliopistoon ja osallistunut molempiin julkaisuihin. ”Eläimet ovat aivan erilainen tarina. Yksinkertaisesti sanottuna, jos asetat jääkarhun autiomaan, se näyttää silti kuin jääkarhu, jolla on paksu turkki. Mutta jos kasvi kasvaa lämpimämmissä olosuhteissa, se mukauttaa kehonsa vastaavasti. Tällä tavoin kasvi yrittää toimia optimaalisesti näissä epäsuotuisissa olosuhteissa. "
Kompaktista avoimeen kasvimuotoon
Monet kasvilajit voivat mukauttaa varren ja lehden muodon, jotta ne kestävät paremmin korkeita lämpötiloja. Tämä pätee myös valkakrassiin (Arabidopsis thaliana), jota monet kasvibiologit pitävät suosikkikasvimallinaan. Kylmissä olosuhteissa nämä kasvit ovat pienikokoisia ja niiden lehdet ovat lähellä maata. Kun lämpötila nousee, heillä on avoimempi asento. Esimerkiksi lehdistä tulee suorempia. Tämä vähentää huomattavasti auringon suoraa säteilyä. Lisäksi lehtien varret venyvät, jolloin enemmän tuulta kulkee lehtien läpi ja haihtaa lämpöä.
Haluttu ja ei-toivottu venytys
Silti viljelykasveissa ja (leikattuissa) kukissa tällaista venyttämistä ei usein toivota. Viljelijät haluavat hallita näitä muutoksia, koska venyttäminen voi heikentää tuotteiden laatua. "Samaan aikaan sopeutuminen on välttämätöntä, jotta viljelykasvien kestävyys ilmastonmuutoksen aiheuttamille korkeammille lämpötiloille kestää. Sitä tarvitaan tuotannon ylläpitämiseksi pitkällä aikavälillä ”, Van Zanten sanoo.
Tehdä kasveista ilmastoa sietävämpiä
"Monet viljelykasvit ovat menettäneet kyvyn reagoida hyvin korkeampiin lämpötiloihin", sanoo Van Zanten. "Eri viljelykasveissa se hävisi kotieläintuotannon ja jalostusprosessin aikana, koska kasvattajat keskittyivät ensisijaisesti muihin ominaisuuksiin."
Ilmastonmuutoksen nostaessa lämpötiloja Van Zanten sanoo, että kasvava tarve on tehdä kasveista ilmastoa sietävämpiä. ”Tämä edellyttää tietoa siitä, kuinka kasvit selviävät korkeammissa lämpötiloissa. Kuinka he muuttavat saamansa lämpötilasignaalit kasvusopeutuksiksi? Molekyylimekanismien tutkiminen, jolla kasvit sopeutuvat epäoptimaaliseen lämpötilaan, antaa mahdollisuuden työkaluihin viljelyn arkkitehtuurin säätämiseen jalostuksen avulla.
Molekyylimekanismi kytkee lämpöasennon
Thalen kressikasvit, jotka eivät enää sopeudu korkeammiin lämpötiloihin, voivat palauttaa tämän kyvyn altistuessaan tietyille kemikaaleille. Tämän löysi Van Zantenin johtama kansainvälinen tutkimusryhmä. Ryhmä testasi useita aineita thale-kressi-mutantilla, joka ei enää sopeudu korkeisiin lämpötiloihin. He löysivät molekyylin, joka voi "kytkeä päälle" sopeutumisen korkeisiin lämpötiloihin nuorissa kasveissa, jopa matalissa lämpötiloissa.
Tutkijat kutsuvat tätä yhdistettä "Heatiniksi". Muokkaamalla kemiallisesti molekyyliä ja sitten tutkimalla, mitkä proteiinit voivat sitoutua lämmitykseen, he löysivät proteiiniryhmän, jota kutsutaan nitrilaaseiksi. Tunnistetun alaryhmän tiedetään esiintyvän vain kaaleissa ja vastaavissa lajeissa, mukaan lukien valkakrassi.
Biologit havaitsivat yhdessä kasvinjalostusyrityksen kanssa, että todellakin kaalilajit reagoivat lämmitykseen. He havaitsivat myös, että nitrilaaseja tarvitaan sopeutumiseen korkeaan lämpötilaan, todennäköisesti siksi, että ne mahdollistavat tunnetun kasvuhormonin auksiinin tuotannon. Tutkijat julkaisivat tämän löydön The Plant Journal -lehdessä.
Uusi reitti korkean lämpötilan sopeutumiseen
Heatin-tulosten julkaisu on yhtä aikaa toisen julkaisun kanssa tänään Nature Communications -lehdessä. Tätä tutkimusta johti tutkijat Belgian VIB-instituutissa, mukana myös Van Zanten. Ryhmä löysi aiemmin kuvaamattoman proteiinin, joka säätelee tapaa, jolla kasvit sopeutuvat lämpimämpään ympäristöön. Proteiini nimettiin MAP4K4 / TOT3, TOT tarkoittaa lämpötilatavoitetta.
On huomattavaa, että TOT3-ohjaama prosessi on pitkälti riippumaton kaikista muista signalointireiteistä, jotka biologit ovat tähän mennessä liittäneet kasvien lämmön sopeutumiseen. Lisäksi TOT3: n mukautukset eivät näytä olevan riippuvaisia kasviin loistavan valon määrästä ja koostumuksesta.
Van Zanten: "Molekyylimekanismeissa on paljon päällekkäisyyksiä, joiden avulla kasvit sopeuttavat kasvun muuttuvaan valon koostumukseen ja korkeaan lämpötilaan. TOT3: n avulla meillä on nyt käsillä tekijä, jolla voimme hallita kasvua korkeissa lämpötiloissa häiritsemättä sitä, miten kasvi käsittelee valoa. "
Laajat sovellukset
"Mikä tekee siitä vieläkin mielenkiintoisemman", sanoo Van Zanten, "TOT3: lla on samanlainen rooli kasvun sopeutumisessa korkeassa lämpötilassa sekä valkakrassiin että vehnään. Nämä kaksi lajia ovat geneettisesti melko erillään toisistaan. Joten se tarjoaa suuren potentiaalin laajoille sovelluksille. "
Vaihtoehto kasvun estäjille
Viime kädessä TOT3: n löydökset ja nitrilaasien rooli voivat auttaa jatkamaan riittävän viljelyn kasvua, vaikka lämpötilan nousu johtuisi ilmastonmuutoksesta. Löydöt tarjoavat myös mahdollisuuden kehittää vaihtoehtoja kemikaaleille, joita käytetään usein kasvien kasvun estämiseen. Esimerkiksi Van Zanten mainitsee leikkokukat, jotka reagoivat erittäin voimakkaasti lämpötilan vaihteluihin. Kukkakasvatussa käytetään siksi monia kasvun estäjiä pitämään kasvit miellyttävinä ja kompakteina.
"Esimerkiksi tulppaanien ostohetkellä niillä on edelleen mukava lyhyt varsi", Van Zanten sanoo. ”Mutta muutaman päivän kuluttua kodeissasi he alkavat roikkua maljakon reunan yli. Korkeammat sisälämpötilat saavat kasvit venymään, mikä lopulta saa heidät irtoamaan ja taipumaan. Toivomme, että uusi tieto edistää uusien kukkalajikkeiden valintaa, jotka venyvät vähemmän korkeissa lämpötiloissa. Tällä tavoin voimme vähentää haitallisten kasvun estäjien käyttöä. "
Lisätietoja:
Utrechtin yliopisto
www.uu.nl