Rośliny są bardzo wydłużone, wyginając się, aby umożliwić dostęp światła słonecznego do każdego z ich liści. Mimo obserwacji tego zjawiska od wieków naukowcy nie do końca go rozumieją. Teraz naukowcy z Instytutu Salka odkryli, że dwa czynniki roślinne – białko PIF7 i auksyna hormonu wzrostu – są wyzwalaczami przyspieszającymi wzrost, gdy rośliny są jednocześnie w cieniu i wystawione na działanie wysokich temperatur. oficjalna strona Instytutu.
Odkrycia, opublikowane w czasopiśmie Nature Communications 29 sierpnia 2022 r., pomogą naukowcom przewidzieć, w jaki sposób rośliny zareagują na zmianę klimatu i zwiększą plony pomimo globalnego ocieplenia, które niszczy uprawy.
„W tej chwili uprawiamy rośliny w określonym zagęszczeniu, ale nasze wyniki wskazują, że będziemy musieli obniżyć tę gęstość, aby zoptymalizować wzrost roślin w miarę zmian klimatu” – mówi starsza autorka, profesor Joanne Chory, dyrektor Instytutu Molekularnego Roślin w Salk Institute oraz Laboratorium Biologii Komórki i Howard, badacz w Instytucie Medycznym Hughes. „Zrozumienie molekularnej podstawy reakcji roślin na światło i temperaturę pozwoli nam dostroić gęstość sadzenia w celu uzyskania najlepszych plonów”.
Podczas kiełkowania sadzonki szybko wydłużają łodygi, aby przebić się przez glebę i jak najszybciej przechwycić światło słoneczne. Normalnie łodyga spowalnia swój wzrost po ekspozycji na światło słoneczne. Ale łodyga może szybko się ponownie wydłużyć, jeśli roślina konkuruje z otaczającymi roślinami o światło słoneczne lub zwiększa odległość między gorącym podłożem a liśćmi rośliny w odpowiedzi na wzrost temperatury. Chociaż oba warunki środowiskowe – zacienienie i wysokie temperatury – stymulują wzrost łodygi, zmniejszają również plony.
W tym badaniu naukowcy porównali rośliny rosnące jednocześnie w cieniu i wysokich temperaturach — warunki naśladujące dużą gęstość sadzenia i zmianę klimatu. Naukowcy wykorzystali roślinę modelową Arabidopsis thaliana, a także pomidora i bliskiego krewnego tytoniu, ponieważ byli zainteresowani sprawdzeniem, czy te warunki środowiskowe w równym stopniu wpływają na wszystkie trzy gatunki roślin.
We wszystkich trzech gatunkach zespół naukowców odkrył, że rośliny rosły niezwykle wysoko, gdy jednocześnie próbowały uniknąć cienia tworzonego przez sąsiednie rośliny i były wystawione na działanie wyższych temperatur. Na poziomie molekularnym naukowcy odkryli, że czynnik transkrypcyjny PIF7, białko, które pomaga włączać i wyłączać geny, wspomaga wzrost. Odkryli również, że poziomy auksyny, hormonu wzrostu, wzrosły, gdy uprawy znalazły sąsiednie rośliny, co sprzyjało wzrostowi w odpowiedzi na jednocześnie wyższe temperatury. Ta synergiczna ścieżka PIF7-auksyna umożliwiła roślinom reagowanie na środowisko i adaptację w poszukiwaniu najlepszych warunków wzrostu.
Powiązany czynnik transkrypcyjny, PIF4, również stymulował wydłużanie łodygi w wysokich temperaturach. Jednak w połączeniu z zacienieniem i podwyższoną temperaturą czynnik ten nie odgrywał już ważnej roli.
„Byliśmy zaskoczeni, gdy stwierdziliśmy, że PIF4 nie odgrywa ważnej roli, ponieważ poprzednie badania wykazały znaczenie tego czynnika w powiązanych sytuacjach wzrostu”, mówi pierwszy autor badania, Yogev Burko, pracownik naukowy w Instytucie Salka i profesor nadzwyczajny w Instytucie Salka. Organizacja Badań Rolniczych w Izraelskim Instytucie Wulkanów. „Fakt, że PIF7 jest dominującym motorem wzrostu dla tego zakładu, był prawdziwym zaskoczeniem. Dzięki tej nowej wiedzy mamy nadzieję dopracować reakcję wzrostu różnych upraw, aby pomóc im przystosować się do zmian klimatycznych”.
Naukowcy uważają, że istnieje jeszcze inny czynnik, który należy jeszcze odkryć, wzmacniając działanie PIF7 i auksyny. Mają nadzieję zbadać ten nieznany czynnik w przyszłych badaniach. Laboratorium Miśka zbada również, w jaki sposób można zoptymalizować tę ścieżkę w uprawach.
„Globalne temperatury rosną, więc potrzebujemy roślin spożywczych, które będą mogły rosnąć w tych nowych warunkach” – mówi Chori, współlider Inicjatywy Użytkowania Roślin Salk oraz Katedra Biologii Roślin Howarda H. i Maryam R. Newmana. „Zidentyfikowaliśmy kluczowe czynniki regulujące wzrost roślin w wysokich temperaturach, które pomogą nam w uprawie bardziej produktywnych upraw, aby wyżywić przyszłe pokolenia”.