Dviejuose leidiniuose Utrechto biologai ir tarptautiniai kolegos aprašo procesus, kuriuos augalai naudoja prisitaikydami prie šilumos. Šie atradimai leidžia suprasti, kaip augalai optimaliai veikia esant neoptimaliai aukštai temperatūrai. Tai taip pat galėtų būti žingsnis siekiant kontroliuoti augalų augimą ir padaryti juos atsparesnius visuotiniam atšilimui. Mokslininkai savo rezultatus skelbia žurnale „The Plant Journal“ ir „Nature Communications“.
Baltieji lokiai dykumoje
Tačiau daugelis augalų rūšių sukūrė būdus, kaip atlaikyti aukštesnę temperatūrą. „Skirtingai nuo gyvūnų, daugelis augalų gali pritaikyti savo kūno formas reaguodami į šilumą ir kitus aplinkos veiksnius“, - sako tyrėjas Martijnas van Zantenas, priklausantis Utrechto universitetui ir prisidėjęs prie abiejų publikacijų. „Gyvūnai yra visiškai kita istorija. Paprasčiau tariant, jei dykumoje padėsite baltąjį lokį, jis vis tiek atrodys kaip baltasis lokys su storu kailiu. Bet jei augalas auga šiltesnėmis sąlygomis, jis atitinkamai pritaikys savo kūno formą. Tokiu būdu gamykla stengiasi optimaliai veikti tokiomis mažiau palankiomis sąlygomis “.
Nuo kompaktiškos iki atviros augalų formos
Daugelis augalų rūšių gali pritaikyti savo stiebų ir lapų formą, kad jie būtų atsparesni aukštai temperatūrai. Tai pasakytina ir apie tale kresus (Arabidopsis thaliana), kuriuos daugelis augalų biologų laiko savo mėgstamiausiu augalų modeliu. Šaltomis sąlygomis šie augalai yra kompaktiški ir turi lapus arti žemės. Kai temperatūra pakyla, jie įgauna atviresnę laikyseną. Pavyzdžiui, lapai tampa vertikalūs. Tai labai sumažina tiesioginę saulės spinduliuotę. Be to, lapų stiebai ištempsi, leisdami daugiau vėjo pereiti lapus ir išsklaidyti šilumą.
Pageidaujamas ir nepageidaujamas tempimas
Tačiau pasėliuose ir (skintose) gėlėse toks tempimas dažnai yra nepageidaujamas. Augintojai nori kontroliuoti šiuos pokyčius, nes tempimas gali pakenkti produkto kokybei. „Tačiau tuo pat metu reikia prisitaikyti, kad pasėliai būtų atsparesni aukštesnėms temperatūroms, atsirandančioms dėl klimato kaitos. To reikia norint išlaikyti gamybą ilgesniu laikotarpiu “, - sako Van Zantenas.
Padaryti augalus labiau atsparius klimatui
„Daugelis kultūrinių augalų prarado gebėjimą gerai reaguoti į aukštesnę temperatūrą“, - sako Van Zantenas. "Įvairiuose pasėliuose jis išnyko prijaukinimo ir veisimo proceso metu, nes augintojai daugiausia dėmesio skyrė kitiems bruožams".
Klimato kaitai kylant temperatūrai, Van Zantenas sako, kad auga poreikis padaryti augalus labiau atsparius klimatui. „Tam reikia žinoti, kaip augalai susidoroja su aukštesne temperatūra. Kaip jie paverčia gautus temperatūros signalus į augimo adaptacijas? Tiriant molekulinius mechanizmus, kuriais augalai prisitaiko prie neoptimalios temperatūros, galima rasti priemonių, leidžiančių derinti kultūrų architektūrą. "
Molekulinis mechanizmas įjungia šilumos pozą
„Thale“ kresų augalai, kurie nebeprisitaiko prie aukštesnės temperatūros, gali atgauti šį gebėjimą veikiami tam tikrų cheminių medžiagų. Tai atrado tarptautinė tyrimų grupė, vadovaujama Van Zanteno. Komanda išbandė daugybę medžiagų su talio kreso mutantu, kuris nebeprisitaiko prie aukštos temperatūros. Jie rado molekulę, kuri gali „įjungti“ prisitaikymą prie aukštos temperatūros jaunuose augaluose, net ir esant žemai temperatūrai.
Mokslininkai šį junginį vadina „Heatinu“. Chemiškai modifikuodami molekulę ir ištyrę, kurie baltymai gali prisijungti prie kaitinimo, jie rado baltymų grupę, vadinamą nitrilazėmis. Nustatyta, kad nustatytas pogrupis yra tik kopūstuose ir susijusiose rūšyse, įskaitant tales.
Kartu su augalų veisimo įmone biologai atrado, kad kopūstų rūšys reaguoja į kaitinimą. Jie taip pat atrado, kad nitrilazės reikalingos prisitaikyti prie aukštos temperatūros, tikriausiai todėl, kad jos leidžia gaminti gerai žinomą augimo hormono auksiną. Tyrėjai paskelbė šį atradimą žurnale „The Plant Journal“.
Naujas būdas prisitaikyti prie aukštos temperatūros
„Heatin“ rezultatų paskelbimas sutampa su kitu leidiniu, šiandien „Nature Communications“. Šiam tyrimui vadovavo Belgijos VIB instituto mokslininkai, dalyvaujant ir Van Zantenui. Komanda atrado anksčiau neaprašytą baltymą, kuris reguliuoja augalų prisitaikymą prie šiltesnės aplinkos. Baltymas buvo pavadintas MAP4K4/TOT3, o TOT reiškia tikslinę temperatūrą.
Pažymėtina, kad TOT3 valdomas procesas iš esmės nepriklauso nuo visų kitų signalizacijos būdų, kuriuos biologai iki šiol sieja su augalų prisitaikymu prie šilumos. Be to, neatrodo, kad TOT3 pritaikymai priklauso nuo augalui sklindančios šviesos kiekio ir sudėties.
Van Zantenas: „Molekuliniai mechanizmai, kuriais augalai pritaiko augimą prie besikeičiančios šviesos sudėties ir aukštos temperatūros, labai sutampa. Su TOT3 dabar turime veiksnį, kuriuo galime kontroliuoti augimą esant aukštai temperatūrai, netrukdydami augalui elgtis su šviesa.
Platus pritaikymas
„Tai daro dar įdomiau, - sako Van Zantenas, - kad TOT3 vaidina panašų vaidmenį prisitaikant prie augimo aukštoje temperatūroje tiek sale, tiek kviečiuose. Šios dvi rūšys yra genetiškai gana atskirtos viena nuo kitos. Taigi tai suteikia daug galimybių plačiam pritaikymui “.
Augimo inhibitorių alternatyva
Galų gale, TOT3 atradimai ir nitrilazių vaidmuo gali padėti toliau auginti pakankamai pasėlių, net kai temperatūra pakyla dėl klimato kaitos. Šie atradimai taip pat suteikia galimybių kurti alternatyvas chemikalams, kurie dabar dažnai naudojami augalų augimui slopinti. Kaip pavyzdį Van Zantenas mini skintas gėles, kurios labai stipriai reaguoja į temperatūros svyravimus. Todėl gėlininkystėje naudojami daug augimo inhibitorių, kad augalai būtų gražūs ir kompaktiški.
„Pavyzdžiui, tą akimirką, kai perkate tulpes, jos vis dar turi gražų trumpą stiebą“, - sako Van Zantenas. „Tačiau po kelių dienų jūsų namuose jie pradeda kabėti virš vazos krašto. Dėl aukštesnės patalpų temperatūros augalai ištempiami, o galiausiai jie tampa šlubuoti ir sulenkti. Tikimės, kad naujos žinios padės atrinkti naujas gėlių veisles, kurios mažiau ištempiamos esant aukštai temperatūrai. Tokiu būdu galime sumažinti kenksmingų augimo inhibitorių naudojimą “.
Daugiau informacijos:
Utrechto universitetas
www.uu.nl