A növények nagymértékben megnyúlnak és meghajlanak, hogy a napfény minden levelükhöz hozzáférjen. Annak ellenére, hogy a tudósok évszázadok óta megfigyelték ezt a jelenséget, nem értik teljesen. A Salk Institute tudósai most felfedezték, hogy két növényi tényező – a PIF7 fehérje és az auxin növekedési hormon – olyan kiváltó ok, amelyek felgyorsítják a növekedést, ha a növényeket árnyékban tartják és egyidejűleg magas hőmérsékletnek teszik ki. az intézet hivatalos honlapja.
A Nature Communications folyóiratban 29. augusztus 2022-én megjelent eredmények segítenek a tudósoknak megjósolni, hogyan reagálnak a növények az éghajlatváltozásra, és javítják a terméshozamot annak ellenére, hogy a globális felmelegedés károsítja a növényeket.
"Jelenleg bizonyos sűrűségű növényeket termesztünk, de eredményeink azt sugallják, hogy ezt a sűrűséget csökkenteni kell a növények növekedésének optimalizálása érdekében, ahogy az éghajlat megváltozik" - mondta Joanne Chory vezető szerző, a Salk Institute Növénymolekuláris és Sejtbiológiai Intézetének igazgatója. Laboratory és Howard, a Hughes Medical Institute kutatója. „A növények fényre és hőmérsékletre reagáló molekuláris alapjainak megértése lehetővé teszi számunkra az ültetési sűrűség finomhangolását a legjobb terméshozam elérése érdekében.”
A csírázás során a palánták gyorsan meghosszabbítják szárukat, hogy átnyomják a talajt, és a lehető leggyorsabban megragadják a napfényt. Normális esetben a szár lelassítja növekedését a napfény hatására. De a szár gyorsan megnyúlhat, ha a növény versenyez a környező növényekkel a napfényért, vagy az emelkedő hőmérséklet hatására megnöveli a távolságot a forró talaj és a növény levelei között. Míg mindkét környezeti körülmény – az árnyék és a magas hőmérséklet – serkenti a szár növekedését, ugyanakkor csökkenti a termést is.
Ebben a tanulmányban a kutatók az árnyékban és meleg hőmérsékleten egyszerre növekvő növényeket hasonlították össze – olyan körülményeket, amelyek utánozzák a magas terméssűrűséget és az éghajlatváltozást. A tudósok az Arabidopsis thaliana modellnövényt, valamint a paradicsomot és a dohány közeli rokonát használták, mert érdekelték, hogy mindhárom növényfajt egyformán érintik-e ezek a környezeti feltételek.
A csapat mindhárom fajnál azt találta, hogy a növények rendkívül magasra nőttek, amikor egyszerre próbálták elkerülni a szomszédos növények által teremtett árnyékot, és magasabb hőmérsékletnek voltak kitéve. Molekuláris szinten a kutatók azt találták, hogy a PIF7 transzkripciós faktor, a gének be- és kikapcsolását segítő fehérje hozzájárult a gyorsabb növekedéshez. Azt is megállapították, hogy az auxin, egy növekedési hormon szintje megemelkedett, amikor a növények a szomszédos növényeket észlelték, ezzel elősegítve a növekedést az egyidejű magasabb hőmérséklet hatására. Ez a szinergikus PIF7-auxin útvonal lehetővé tette a növényeknek, hogy reagáljanak a környezetükre, és alkalmazkodjanak a növekedéshez a legjobb feltételeket keresve.
Egy rokon transzkripciós faktor, a PIF4, szintén stimulálta a szár megnyúlását magas hőmérsékleten. Az árnyék és az emelkedett hőmérséklet kombinációjával azonban ez a tényező már nem játszott fontos szerepet.
"Meglepődve tapasztaltuk, hogy a PIF4 nem játszik fontos szerepet, mert korábbi tanulmányok kimutatták ennek a tényezőnek a fontosságát a kapcsolódó növekedési helyzetekben" - mondja Yogev Burko, a tanulmány első szerzője, a Salk Institute posztdoktori munkatársa és az Agricultural Research Organisation adjunktusa. az Israel Volcano Institute-ban. „Az a tény, hogy a PIF7 a növekedés domináns motorja ebben az üzemben, igazi meglepetés volt. Reméljük, hogy ezzel az új tudással finomhangoljuk a különböző növények növekedési reakcióit, hogy segítsünk nekik alkalmazkodni az éghajlatváltozáshoz.”
A kutatók úgy vélik, hogy van egy még felfedezésre váró tényező, amely fokozza a PIF7 és az auxin hatását. Azt remélik, hogy a jövőbeni tanulmányok során feltárják ezt az ismeretlen tényezőt. A Berko laboratóriuma azt is megvizsgálja, hogyan lehet ezt az utat optimalizálni a növényekben.
„A globális hőmérséklet emelkedik, ezért olyan élelmiszernövényekre van szükségünk, amelyek képesek növekedni ezekben az új körülmények között” – mondja Chory, a Salk Plant Utilization Initiative és a Howard H. és Maryam R. Newman növénybiológiai tanszék társigazgatója. "Azonosítottuk azokat a kulcsfontosságú tényezőket, amelyek szabályozzák a növények növekedését magas hőmérsékleten, és amelyek segítenek termelékenyebb növényeket termeszteni a jövő generációinak táplálására."