Rastliny sú veľmi pretiahnuté, ohýbajú sa, aby umožnili prístup slnečného svetla ku každému z ich listov. Napriek tomu, že tento jav pozorujú po stáročia, vedci mu úplne nerozumejú. Teraz vedci zo Salkovho inštitútu zistili, že dva rastlinné faktory – proteín PIF7 a rastový hormón auxín – sú spúšťačmi, ktoré urýchľujú rast, keď sú rastliny v tieni a zároveň sú vystavené vysokým teplotám. oficiálna stránka inštitútu.
Zistenia publikované v časopise Nature Communications 29. augusta 2022 pomôžu vedcom predpovedať, ako budú rastliny reagovať na zmenu klímy a zvýšiť výnosy napriek plodinám poškodzujúcim globálne otepľovanie.
"Práve teraz pestujeme plodiny s určitou hustotou, ale naše výsledky naznačujú, že budeme musieť znížiť túto hustotu, aby sme optimalizovali rast rastlín v dôsledku klimatických zmien," hovorí hlavný autor profesor Joanne Chory, riaditeľ Salk Institute's Plant Molecular. a Laboratórium bunkovej biológie a Howard, výskumník z Hughes Medical Institute. "Pochopenie molekulárneho základu toho, ako rastliny reagujú na svetlo a teplotu, nám umožní doladiť hustotu výsadby, aby sme dosiahli čo najlepšie výnosy."
Počas klíčenia sadenice rýchlo predlžujú stonky, aby prerazili pôdu a čo najrýchlejšie zachytili slnečné svetlo. Normálne stonka po vystavení slnečnému žiareniu spomaľuje svoj rast. Stonka sa však môže opäť rýchlo predĺžiť, ak rastlina súťaží s okolitými rastlinami o slnečné svetlo alebo ak zväčšuje vzdialenosť medzi horúcou zemou a listami rastliny v reakcii na rastúce teploty. Zatiaľ čo obe podmienky prostredia – tienenie a vysoké teploty – stimulujú rast stonky, zároveň znižujú výnosy.
V tejto štúdii vedci porovnávali rastliny rastúce v tieni a súčasne pri vysokých teplotách - podmienky, ktoré napodobňujú vysokú hustotu výsadby a zmenu klímy. Vedci použili modelovú rastlinu Arabidopsis thaliana, ako aj paradajku a blízkeho príbuzného tabaku, pretože ich zaujímalo, či sú všetky tri rastlinné druhy rovnako ovplyvnené týmito podmienkami prostredia.
U všetkých troch druhov tím výskumníkov zistil, že rastliny rástli extrémne vysoko, keď sa súčasne snažili vyhnúť tieňu vytváranému susednými rastlinami a boli vystavené vyšším teplotám. Na molekulárnej úrovni vedci zistili, že transkripčný faktor PIF7, proteín, ktorý pomáha zapínať a vypínať gény, pomohol zvýšiť rast. Zistili tiež, že hladiny auxínu, rastového hormónu, sa zvýšili, keď plodiny našli susedné rastliny, čo podporilo rast v reakcii na súčasné vyššie teploty. Táto synergická dráha PIF7-auxínu umožnila rastlinám reagovať na svoje prostredie a prispôsobiť sa pri hľadaní najlepších rastových podmienok.
Súvisiaci transkripčný faktor, PIF4, tiež stimuloval predlžovanie stonky pri vysokých teplotách. Pri kombinácii tieňa a zvýšených teplôt však tento faktor už nehral dôležitú úlohu.
"Boli sme prekvapení, keď sme zistili, že PIF4 nehrá dôležitú úlohu, pretože predchádzajúce štúdie ukázali dôležitosť tohto faktora v súvisiacich rastových situáciách," hovorí prvý autor štúdie Yogev Burko, vedecký pracovník v Salkovom inštitúte a docent na Organizácia pre poľnohospodársky výskum v Izraelskom inštitúte sopiek. „Skutočnosť, že PIF7 je dominantným hnacím motorom rastu tohto závodu, bola skutočným prekvapením. Dúfame, že s týmito novými poznatkami vyladíme reakciu rastu rôznych plodín, aby sme im pomohli prispôsobiť sa klimatickým zmenám.
Vedci sa domnievajú, že je ešte potrebné objaviť ďalší faktor, ktorý zosilňuje účinok PIF7 a auxínu. Dúfajú, že tento neznámy faktor preskúmajú v budúcich štúdiách. Berkovo laboratórium bude tiež študovať, ako možno túto cestu optimalizovať v plodinách.
"Globálne teploty stúpajú, takže potrebujeme potravinárske plodiny, ktoré môžu rásť v týchto nových podmienkach," hovorí Chori, spolulíder iniciatívy Salk Plant Use Initiative a Howard H. a Maryam R. Newman predsedovia rastlinnej biológie. "Identifikovali sme kľúčové faktory, ktoré regulujú rast rastlín pri vysokých teplotách, čo nám pomôže pestovať produktívnejšie plodiny na výživu budúcich generácií."