Pomoc plantatorom w znalezieniu odmian ziemniaków, które są bardziej odporne na potencjalne zakłócenia spowodowane falami upałów, ma kluczowe znaczenie dla zrównoważonego rozwoju i opłacalności 4.5 miliona ton ziemniaków rocznie w Kanadzie. Portal Potatoes.news.
Rozpoznając tę potrzebę, dr Xu-Qing Li, pracownik naukowy ds. rolnictwa i żywności w Kanadzie (AAFC) w Centrum Badań i Rozwoju Fredericton w Nowym Brunszwiku, od lat bada stres cieplny u ziemniaków. W 2018 roku przeniósł swoją pracę na wyższy poziom, łącząc siły z zespołem naukowców z University of New Brunswick i wieloma międzynarodowymi współpracownikami, aby zbadać reakcję 55 różnych odmian ziemniaka na stres cieplny, pierwsze badanie na dużą skalę swojego rodzaju.
W większości badanych odmian stres cieplny zmniejszył wielkość liści, ale zwiększył wierzchołki i wysokość roślin, jednocześnie znacznie zmniejszając liczbę i masę bulw. W badaniu tym określono również, które odmiany były najbardziej odporne na ciepło: Eramosa, Chieftain, AC Belmont i Superior.
Identyfikacja tych odmian była ważnym pierwszym krokiem, ale nawet te ziemniaki nie radziły sobie szczególnie dobrze w upale, więc było jasne, że potrzebne są dalsze badania. W 2020 roku dr Lee współpracował z kolegą z AAFC, dr Benoît Bizimungu i naukowcami z Queen's University, aby przeprowadzić badania, które później zostały nagrodzone American Journal of Potato Research.
W ich publikacji ”Wpływ wczesnej dojrzałości na odporność na stres cieplny pięćdziesięciu odmian ziemniakówPodkreślono, że odmiany ziemniaków znane z wczesnego dojrzewania w warunkach polowych rosły w takim samym tempie jak odmiany późniejsze, gdy były poddawane stresowi cieplnemu w szklarniach, tj. ciepło faktycznie spowolniło proces dojrzewania.
Badanie przeprowadzone przez dr Lee i współpracowników miało na celu zidentyfikowanie określonych genów ziemniaka, które mogłyby pomóc wyjaśnić, dlaczego tak się dzieje, oraz mechanizmy decydujące o wczesnym lub późnym dojrzewaniu odmiany ziemniaka.
Stres cieplny powoduje, że ziemniak reaguje, zmieniając czas dojrzewania, a wyższe temperatury faktycznie spowalniają jego wzrost.
Po tym wielokrotnie nagradzanym badaniu dr Lee uruchomił i poprowadził nowy projekt badawczy, aby dowiedzieć się jeszcze więcej i głębiej zagłębić się w genomowe mechanizmy reakcji ziemniaka na stres cieplny. W 2020 roku zidentyfikował geny regulujące kiełkowanie wywołane ciepłem.
Ziemniaki uprawiane w gorące, suche lata często mają wadę zwaną „sadzonkami przed zbiorami” lub „sadzonkami ciepła”, która może zmienić skład chemiczny bulw i obniżyć ogólną jakość i zbywalność ziemniaka.
W tym badaniu wykorzystano 18 różnych odmian, aby dowiedzieć się, czy same warunki stresu cieplnego są przyczyną problematycznych kiełków. Projekt potwierdził, że winowajcą jest rzeczywiście upał i że naturalne przedwczesne lub późne dojrzewanie danej odmiany nie ma nic wspólnego z kiełkowaniem pod wpływem stresu.
Aby dojść do tego wniosku, naukowcy współpracujący z dr Li zbadali reakcje transkryptomiczne ziemniaków poddanych stresowi termicznemu. Badania transkryptomu obejmują badanie genów, sieci interakcji genów i cech mRNA komórki, aby zobaczyć, jak zachowują się one w konfrontacji z czynnikami środowiskowymi lub chorobami, zapewniając bardzo dogłębny i szczegółowy wgląd w zachowanie i funkcję komórki.
Badanie wykazało, że geny związane z okresem uśpienia są obniżone w ziemniakach poddanych stresowi termicznemu, podobnie jak w przypadku ziemniaków poddanych stresowi termicznemu po zbiorach, co wskazuje, że metabolizm hormonów roślinnych odgrywa kluczową rolę w kiełkowaniu. Informacje te okażą się przydatne, jeśli chodzi o ulepszanie genetycznie odmian ziemniaka pod kątem odporności na kiełkowanie w warunkach wysokiej temperatury.
„To, co odkryliśmy, pomoże rolnikom i przetwórcom w podejmowaniu lepszych decyzji dotyczących przechowywania i przetwarzania ziemniaków poddanych stresowi termicznemu”, mówi Xiu-Qing Li. „Jest to wyzwanie, przed którym stoją producenci na całym świecie i wspaniale było móc przyczynić się do naszego zrozumienia problemu i przedstawić zalecenia oparte na dowodach”. Badanie dostarczyło ważnych informacji na temat wyboru odmian ziemniaków do uprawy, najlepszych sposobów planowania przechowywania i wykorzystania ziemniaków poddanych stresowi termicznemu oraz wiedzy, która pomoże w rozwoju odmian odpornych na ciepło w przyszłości.
Ponieważ zmiany klimatyczne grożą sprowadzeniem jeszcze gorętszej i bardziej niepewnej pogody, dr Lee sugeruje dalszą ocenę odmian w gorących warunkach letnich i dalszy rozwój kompleksowych strategii mających na celu zmniejszenie ryzyka stresu cieplnego.
Badania te stanowią nieoceniony wkład w zmniejszenie ryzyka produkcji ziemniaków w Kanadzie i na całym świecie.