В две публикации биолози от Утрехт и международни колеги описват процесите, използвани от растенията за адаптиране към топлината. Откритията дават представа за това как растенията функционират оптимално при неоптимални високи температури. Той също така може да осигури стъпка към контролиране на растежа на растенията и да ги направи по-устойчиви на глобалното затопляне. Изследователите публикуват резултатите си в The Plant Journal и Nature Communications.
Полярни мечки в пустинята
И все пак много растителни видове са разработили начини да се справят с по-високите температури. „За разлика от животните, много растения могат да адаптират формата на тялото си в отговор на топлината и други фактори на околната среда“, казва изследователят Мартин ван Зантен, който е свързан с университета в Утрехт и е допринесъл за двете публикации. „Животните са съвсем различна история. Просто казано, ако поставите бяла мечка в пустинята, тя все още ще изглежда като бяла мечка с дебела козина. Но ако растението расте в по-топли условия, то ще адаптира съответно формата на тялото си. По този начин растението се опитва да функционира оптимално при тези по-неблагоприятни условия. ”
От компактна до отворена растителна форма
Много растителни видове могат да адаптират формата на стъблата и листата си, за да ги направят по-устойчиви на високи температури. Това важи и за таловия крес (Arabidopsis thaliana), считан от много растителни биолози за свой любим растителен модел. В студени условия тези растения са компактни и имат листа близо до земята. Когато температурите се повишат, те заемат по-отворена поза. Листата например стават по-изправени. Това значително намалява прякото излъчване от слънцето. Освен това листните дръжки ще се разтегнат, позволявайки на повече вятър да премине през листата и да разсее топлината.
Желано и нежелано разтягане
И все пак при посевите и (отрязаните) цветя този вид разтягане често е нежелан. Производителите искат да контролират тези промени, тъй като разтягането може да попречи на качеството на продукта. „Но в същото време е необходима адаптация, за да се направят културите по-устойчиви на по-високите температури в резултат на изменението на климата. Това е необходимо, за да се запази производството в дългосрочен план “, казва Ван Зантен.
Правейки растенията по-толерантни към климата
„Много култивирани култури са загубили способността да реагират добре на по-високи температури“, казва Ван Зантен. „При различни култури той изчезна по време на процеса на опитомяване и развъждане, тъй като животновъдите се фокусираха предимно върху други черти.“
С изменението на климата, повишаващо температурите, Ван Зантен казва, че има нарастваща нужда да се направят растенията по-толерантни към климата. „Това изисква знания за това как растенията се справят с по-високите температури. Как преобразуват получените от тях температурни сигнали в адаптации за растеж? Изследването на молекулярните механизми, чрез които растенията се адаптират към неоптималната температура, дава възможност за инструменти за коригиране на архитектурата на посевите чрез развъждане. "
Молекулярният механизъм включва топлинна поза
Кресовите растения Thale, които вече не се адаптират към по-високи температури, могат да възвърнат тази способност, когато са изложени на определени химикали. Това е открито от международен изследователски екип, ръководен от Ван Зантен. Екипът е тествал голям брой вещества върху мутант на талесов крес, който вече не се адаптира към високи температури. Те откриха молекула, която може да „включи“ адаптацията към висока температура при младите растения, дори при ниски температури.
Изследователите наричат това съединение „Heatin“. Чрез химическа модификация на молекулата и след това изследване кои протеини могат да се свържат с нагряването, те откриха група протеини, наречени нитрилази. Известно е, че идентифицираната подгрупа се среща само при зелето и свързаните с него видове, включително талията.
Заедно с компания за отглеждане на растения биолозите откриха, че наистина зелевите видове реагират на отопление. Те също така откриха, че нитрилазите са необходими за адаптиране към висока температура, вероятно защото те позволяват производството на добре познатия растежен хормон ауксин. Изследователите публикуват това откритие в The Plant Journal.
Нова пътека за високотемпературна адаптация
Публикуването на резултатите от Heatin съвпада с друга публикация, днес в Nature Communications. Това изследване се ръководи от учени от института VIB в Белгия, като Ван Зантен също участва. Екипът открива неописан досега протеин, който регулира начина, по който растенията се адаптират към по-топла среда. Протеинът е наречен MAP4K4 / TOT3, като TOT означава целева температура.
Забележително е, че управляваният от TOT3 процес е до голяма степен независим от всички други сигнални пътища, които биолозите досега са свързвали с адаптацията на топлината в растенията. Освен това адаптациите от TOT3 изглежда не зависят от количеството и състава на светлината, която свети върху растението.
Ван Зантен: „Има голямо припокриване в молекулярните механизми, чрез които растенията адаптират растежа към променящия се състав на светлината и към високата температура. С TOT3 вече имаме под ръка фактор, с който можем да контролираме растежа при високи температури, без да пречим на начина, по който растението се справя със светлината. "
Широки приложения
„Това, което го прави още по-интересен“, казва Ван Зантен, „е, че TOT3 играе подобна роля в адаптацията към растежа при висока температура както в талановия кресон, така и в пшеницата. Тези два вида са генетично доста отделени един от друг. Така че това предлага голям потенциал за широки приложения. "
Алтернатива на инхибиторите на растежа
В крайна сметка откритията на TOT3 и ролята на нитрилазите могат да помогнат за продължаване на отглеждането на достатъчно култури, дори когато температурите се повишат поради климатичните промени. Откритията също така предлагат възможности за разработване на алтернативи на химикалите, които сега често се използват за инхибиране на растежа на растенията. Като пример Ван Зантен споменава отрязани цветя, които реагират много силно на температурните колебания. Следователно в цветарството се използват много инхибитори на растежа, за да поддържат растенията хубави и компактни.
„В момента, в който купите лалета, например, те все още имат хубаво късо стъбло“, казва Ван Зантен. „Но след няколко дни в дома ви те започват да висят над ръба на вазата. По-високите вътрешни температури карат растенията да се разтягат, като в крайна сметка ги накарат да накуцват и да се огъват. Надяваме се, че новите знания ще допринесат за избора на нови сортове цветя, които се простират по-малко при високи температури. По този начин можем да намалим употребата на вредни инхибитори на растежа. "
За повече информация:
Университет Утрехт
www.uu.nl