Biljke su jako izdužene, savijaju se kako bi omogućile pristup sunčevoj svjetlosti svakom svom listu. Unatoč tome što ovaj fenomen promatraju stoljećima, znanstvenici ga ne razumiju u potpunosti. Sada su znanstvenici s Instituta Salk otkrili da su dva biljna čimbenika - protein PIF7 i hormon rasta auksin - pokretači koji ubrzavaju rast kada su biljke u sjeni i istovremeno izložene visokim temperaturama. službena stranica instituta.
Nalazi, objavljeni u časopisu Nature Communications 29. kolovoza 2022., pomoći će znanstvenicima da predvide kako će biljke odgovoriti na klimatske promjene i povećati prinose unatoč globalnom zatopljenju koje šteti usjevima.
"Upravo sada uzgajamo usjeve u određenoj gustoći, ali naši rezultati pokazuju da ćemo morati smanjiti tu gustoću kako bismo optimizirali rast biljaka kako se klimatske promjene mijenjaju", kaže viša autorica, profesorica Joanne Chory, direktorica Instituta Salk Plant Molecular. i Cell Biology Laboratory i Howard, istraživač na Medicinskom institutu Hughes. "Razumijevanje molekularne osnove kako biljke reagiraju na svjetlost i temperaturu omogućit će nam fino podešavanje gustoće sadnje kako bismo proizveli najbolje prinose."
Tijekom klijanja, sadnice brzo izdužuju stabljike kako bi što prije probile tlo i uhvatile sunčevu svjetlost. Normalno, stabljika usporava svoj rast nakon izlaganja sunčevoj svjetlosti. Ali stabljika se može brzo ponovno izdužiti ako se biljka natječe s okolnim biljkama za sunčevu svjetlost ili ako poveća udaljenost između vrućeg tla i lišća biljke kao odgovor na rastuće temperature. Dok oba uvjeta okoline - sjena i visoke temperature - stimuliraju rast stabljike, oni također smanjuju prinose.
U ovoj studiji znanstvenici su uspoređivali biljke koje rastu u sjeni i istovremeno na visokim temperaturama — uvjete koji oponašaju veliku gustoću sadnje i klimatske promjene. Znanstvenici su koristili model biljke Arabidopsis thaliana, kao i rajčicu i bliskog srodnika duhana, jer su bili zainteresirani vidjeti jesu li sve tri biljne vrste podjednako pogođene ovim okolišnim uvjetima.
Kod sve tri vrste, tim istraživača je otkrio da su biljke narasle iznimno visoko kada su istovremeno pokušavale izbjeći sjenu koju su stvarale susjedne biljke i bile izložene višim temperaturama. Na molekularnoj razini, istraživači su otkrili da transkripcijski faktor PIF7, protein koji pomaže u uključivanju i isključivanju gena, pomaže u poticanju rasta. Također su otkrili da se razina auksina, hormona rasta, povećava kada usjevi pronađu susjedne biljke, što potiče rast kao odgovor na istodobne više temperature. Ovaj sinergistički put PIF7-auksina omogućio je biljkama da odgovore na svoj okoliš i prilagode se u potrazi za najboljim uvjetima rasta.
Srodni faktor transkripcije, PIF4, također je stimulirao produljenje stabljike na visokim temperaturama. Međutim, kombinacijom hladovine i povišenih temperatura taj čimbenik više nije igrao važnu ulogu.
"Bili smo iznenađeni kada smo otkrili da PIF4 ne igra važnu ulogu jer su prethodne studije pokazale važnost ovog čimbenika u povezanim situacijama rasta", kaže prvi autor studije Yogev Burko, znanstveni suradnik na Institutu Salk i izvanredni profesor na Organizacija za poljoprivredna istraživanja pri Izraelskom institutu za vulkane. “Činjenica da je PIF7 dominantan pokretač rasta ove biljke bila je pravo iznenađenje. S ovim novim saznanjima nadamo se da ćemo fino podesiti reakciju rasta raznih usjeva kako bismo im pomogli da se prilagode klimatskim promjenama.”
Istraživači vjeruju da postoji još jedan faktor koji tek treba otkriti, a koji pojačava učinak PIF7 i auksina. Nadaju se da će istražiti ovaj nepoznati faktor u budućim studijama. Berkov laboratorij također će proučavati kako se ovaj put može optimizirati u usjevima.
“Globalne temperature rastu, tako da su nam potrebni usjevi za hranu koji mogu rasti u ovim novim uvjetima,” kaže Chori, suvoditelj Inicijative za korištenje biljaka slane i Howard H. i Maryam R. Newman, katedra za biljnu biologiju. "Identificirali smo ključne čimbenike koji reguliraju rast biljaka na visokim temperaturama, što će nam pomoći u uzgoju produktivnijih usjeva za prehranu budućih generacija."