Rastline so zelo podolgovate in se upognejo, da omogočijo dostop sončni svetlobi do vsakega od listov. Kljub temu, da znanstveniki ta pojav opazujejo že stoletja, ga ne razumejo povsem. Zdaj so znanstveniki na inštitutu Salk odkrili, da sta dva rastlinska dejavnika - protein PIF7 in rastni hormon avksin - sprožilca, ki pospešita rast, ko so rastline v senci in sočasno izpostavljene visokim temperaturam. uradna spletna stran Inštituta.
Ugotovitve, objavljene v reviji Nature Communications 29. avgusta 2022, bodo znanstvenikom pomagale napovedati, kako se bodo rastline odzvale na podnebne spremembe in povečale pridelek kljub globalnemu segrevanju, ki škoduje pridelkom.
"Trenutno gojimo pridelke pri določeni gostoti, vendar naši rezultati kažejo, da bomo morali zmanjšati to gostoto, da bi optimizirali rast rastlin ob podnebnih spremembah," pravi višja avtorica profesorica Joanne Chory, direktorica Salkovega inštituta Plant Molecular in Laboratorij za celično biologijo ter Howard, raziskovalec na medicinskem inštitutu Hughes. "Razumevanje molekularne osnove, kako se rastline odzivajo na svetlobo in temperaturo, nam bo omogočilo natančno nastavitev gostote sajenja za najboljše donose."
Med kalitvijo sadike hitro podaljšajo stebla, da čim hitreje prebijejo zemljo in ujamejo sončno svetlobo. Običajno steblo po izpostavitvi sončni svetlobi upočasni svojo rast. Toda steblo se lahko hitro znova podaljša, če rastlina tekmuje z okoliškimi rastlinami za sončno svetlobo ali poveča razdaljo med vročimi tlemi in listi rastline kot odgovor na naraščajoče temperature. Medtem ko oba okoljska pogoja – senčenje in visoke temperature – spodbujata rast stebel, pa tudi zmanjšata donos.
V tej študiji so znanstveniki primerjali rastline, ki rastejo v senci in hkrati pri visokih temperaturah – razmere, ki posnemajo visoko gostoto sajenja in podnebne spremembe. Znanstveniki so uporabili modelno rastlino Arabidopsis thaliana, paradižnik in bližnjega sorodnika tobaka, ker jih je zanimalo, ali so te okoljske razmere enako prizadele vse tri rastlinske vrste.
Pri vseh treh vrstah je skupina raziskovalcev ugotovila, da so rastline zrasle izjemno visoko, ko so se hkrati poskušale izogniti senci, ki so jo ustvarile sosednje rastline, in bile izpostavljene višjim temperaturam. Na molekularni ravni so raziskovalci ugotovili, da je transkripcijski faktor PIF7, protein, ki pomaga vklopiti in izklopiti gene, pomagal pospešiti rast. Ugotovili so tudi, da se je raven avksina, rastnega hormona, povečala, ko so pridelki našli sosednje rastline, kar je spodbudilo rast kot odziv na sočasne višje temperature. Ta sinergistična pot PIF7-avksina je omogočila, da so se rastline odzvale na svoje okolje in prilagodile v iskanju najboljših rastnih pogojev.
Povezan transkripcijski faktor, PIF4, je prav tako spodbudil raztezanje stebla pri visokih temperaturah. S kombinacijo sence in povišanih temperatur pa ta dejavnik ni imel več pomembne vloge.
"Presenečeni smo bili, ko smo ugotovili, da PIF4 nima pomembne vloge, ker so prejšnje študije pokazale pomembnost tega dejavnika v sorodnih situacijah rasti," pravi prvi avtor študije Yogev Burko, raziskovalec na inštitutu Salk in izredni profesor na Organizacija za kmetijske raziskave pri Izraelskem inštitutu za vulkane. »Dejstvo, da je PIF7 prevladujoče gonilo rasti te rastline, je bilo pravo presenečenje. S tem novim znanjem upamo, da bomo lahko prilagodili odziv različnih poljščin na rast in jim tako pomagali pri prilagajanju na podnebne spremembe.«
Raziskovalci verjamejo, da obstaja še en dejavnik, ki ga je treba še odkriti in krepi učinek PIF7 in avksina. Upajo, da bodo raziskali ta neznani dejavnik v prihodnjih študijah. Berkov laboratorij bo preučeval tudi, kako je mogoče to pot optimizirati v pridelkih.
»Globalne temperature naraščajo, zato potrebujemo živilske pridelke, ki lahko rastejo v teh novih razmerah,« pravi Chori, sovodja pobude Salk Plant Use Initiative ter Howard H. in Maryam R. Newman, katedra za biologijo rastlin. "Ugotovili smo ključne dejavnike, ki uravnavajo rast rastlin pri visokih temperaturah, kar nam bo pomagalo gojiti bolj produktivne pridelke za prehrano prihodnjih generacij."