Utrechti bioloogid ja rahvusvahelised kolleegid kirjeldavad kahes väljaandes protsesse, mida taimed kasutavad soojusega kohanemiseks. Avastused annavad ülevaate taimede optimaalsest toimimisest suboptimaalse kõrge temperatuuri korral. Samuti võiks see olla sammuks taimede kasvu kontrollimiseks ja nende globaalse soojenemise suhtes vastupidavamaks muutmiseks. Teadlased avaldavad oma tulemused ajakirjas The Plant Journal ja Nature Communications.
Jääkarud kõrbes
Ometi on paljud taimeliigid välja töötanud viisid kõrgemate temperatuuridega toimetulemiseks. "Erinevalt loomadest saavad paljud taimed oma kehakuju kohandada vastavalt soojusele ja muudele keskkonnateguritele," ütleb teadlane Martijn van Zanten, kes on seotud Utrechti ülikooliga ja on andnud oma panuse mõlema väljaande koostamisse. «Loomad on hoopis teine lugu. Lihtsamalt öeldes, kui asetate jääkaru kõrbe, näeb see ikkagi välja nagu paksu kasukaga jääkaru. Aga kui taim kasvab soojemates tingimustes, kohandab ta vastavalt oma kehakuju. Sel viisil püüab tehas nendes ebasoodsates tingimustes optimaalselt toimida. ”
Alates kompaktsest kuni avatud taime kujul
Paljud taimeliigid saavad oma varte ja lehtede kuju kohandada, et muuta need kõrgematele temperatuuridele vastupidavamaks. See kehtib ka talikressi (Arabidopsis thaliana) kohta, mida paljud taimebioloogid peavad oma lemmiktaimemudeliks. Külmade tingimuste korral on need taimed kompaktsed ja nende lehed on maapinna lähedal. Kui temperatuur tõuseb, võtavad nad avatuma poosi. Näiteks lehed muutuvad püsti. See vähendab oluliselt päikesekiirgust. Lisaks venivad lehevarred, võimaldades rohkem tuult lehtedest mööda minna ja soojust hajutada.
Soovitud ja soovimatu venitus
Kuid põllukultuuride ja (lõikelillede) puhul on selline venitamine sageli soovimatu. Kasvatajad tahavad neid muutusi kontrollida, kuna venitamine võib kahjustada toote kvaliteeti. "Kuid samal ajal on vaja kohaneda, et muuta põllukultuurid kliimamuutustest tulenevate kõrgemate temperatuuride suhtes vastupidavamaks. Seda on vaja tootmise pikemas perspektiivis säilitamiseks, ”ütleb Van Zanten.
Taimede muutmine kliimakindlamaks
"Paljud kultuurtaimed on kaotanud võime kõrgetele temperatuuridele hästi reageerida," ütleb Van Zanten. "Erinevates põllukultuurides kadus see kodustamise ja aretusprotsessi ajal, kuna kasvatajad keskendusid peamiselt muudele tunnustele."
Kuna kliimamuutused tõstavad temperatuure, ütleb Van Zanten, et üha enam on vaja muuta taimed kliimakindlamaks. "See nõuab teadmisi selle kohta, kuidas taimed kõrgema temperatuuriga toime tulevad. Kuidas nad teisendavad saadud temperatuurisignaalid kasvu kohandamiseks? Molekulaarsete mehhanismide uurimine, mille abil taimed kohanevad optimaalse temperatuuriga, võimaldab vahendeid põllukultuuride arhitektuuri kohandamiseks aretuse kaudu. "
Molekulaarmehhanism lülitab sisse soojusasendi
Thale kressi taimed, mis enam kõrgemate temperatuuridega ei kohane, võivad teatud kemikaalidega kokku puutudes selle võime taastada. Selle avastas rahvusvaheline uurimisrühm eesotsas Van Zanteniga. Meeskond katsetas suurt hulka aineid talikressi mutandil, mis ei kohaneda enam kõrgete temperatuuridega. Nad leidsid molekuli, mis suudab "sisse lülitada" kohanemise kõrge temperatuuriga noortel taimedel isegi madalatel temperatuuridel.
Teadlased nimetavad seda ühendit heatiiniks. Molekuli keemiliselt modifitseerides ja seejärel uurides, millised valgud võivad kuumutamisega seonduda, leidsid nad valkude rühma, mida nimetatakse nitrilaasideks. Kindlaksmääratud alamrühma esineb teadaolevalt ainult kapsas ja sellega seotud liikides, sealhulgas kressis.
Bioloogid avastasid koos taimekasvatusettevõttega, et kapsa liigid reageerivad kuumutamisele. Samuti avastasid nad, et nitrilaasid on vajalikud kõrge temperatuuriga kohanemiseks, ilmselt seetõttu, et need võimaldavad toota tuntud kasvuhormooni auksiini. Teadlased avaldasid selle avastuse ajakirjas The Plant Journal.
Uus rada kõrge temperatuuriga kohanemiseks
Heatini tulemuste avaldamine langeb kokku teise väljaandega, täna ajakirjas Nature Communications. Seda uuringut juhtisid Belgia VIB instituudi teadlased, kaasates ka Van Zanteni. Meeskond avastas varem kirjeldamata valgu, mis reguleerib taimede kohanemist soojema keskkonnaga. Valgu nimi oli MAP4K4/TOT3, TOT tähendas temperatuuri sihtmärki.
Tähelepanuväärne on see, et TOT3-juhitud protsess on suures osas sõltumatu kõigist teistest signaaliradadest, mida bioloogid on siiani seostanud soojuse kohanemisega taimedes. Lisaks ei tundu, et TOT3 kohandused sõltuvad taimedele särava valguse kogusest ja koostisest.
Van Zanten: „Molekulaarsetes mehhanismides, millega taimed kohandavad kasvu muutuva valguse koostise ja kõrge temperatuuriga, on palju kattuvusi. TOT3 -ga on meil käepärast tegur, mille abil saame kõrgetel temperatuuridel kasvu kontrollida, segamata seda, kuidas taim valgusega tegeleb. ”
Laiad rakendused
"Mis teeb asja veelgi huvitavamaks," ütleb Van Zanten, "on see, et TOT3 mängib sarnast rolli nii talikressi kui ka nisu kõrgel temperatuuril kasvuga kohanemisel. Need kaks liiki on geneetiliselt üksteisest üsna eraldatud. Nii et see pakub suurt potentsiaali laiade rakenduste jaoks. ”
Alternatiiv kasvu inhibiitoritele
Lõppkokkuvõttes võivad TOT3 avastused ja nitrilaaside roll aidata jätkata piisava põllukultuuri kasvatamist isegi siis, kui kliimamuutuste tõttu temperatuur tõuseb. Avastused pakuvad ka võimalusi töötada välja alternatiive kemikaalidele, mida praegu kasutatakse sageli taimede kasvu pärssimiseks. Näitena nimetab Van Zanten lõikelilli, mis reageerivad temperatuurikõikumistele väga tugevalt. Lillekasvatuses kasutatakse seetõttu palju kasvu inhibiitoreid, et taimed oleksid kenad ja kompaktsed.
"Näiteks tulpide ostmise hetkel on neil endiselt kena lühike vars," ütleb Van Zanten. "Kuid pärast paar päeva teie kodus viibimist hakkavad nad üle vaasi serva rippuma. Kõrgem sisetemperatuur põhjustab taimede venitamist, mis viib lõpuks nende lõtvumiseni ja paindumiseni. Loodame, et uued teadmised aitavad kaasa uute lillesortide valimisele, mis kõrgel temperatuuril vähem venivad. Sel viisil saame vähendada kahjulike kasvu inhibiitorite kasutamist. ”
Lisateave:
Utrechti ülikool
www.uu.nl