Растенията са силно удължени, огъващи се, за да осигурят достъп на слънчева светлина до всяко от техните листа. Въпреки че наблюдават това явление от векове, учените не го разбират напълно. Сега учени от Института Salk са открили, че два растителни фактора - протеинът PIF7 и хормонът на растежа ауксин - са стимули, които ускоряват растежа, когато растенията са на сянка и са изложени на високи температури едновременно. официален сайт на института.
Констатациите, публикувани в списанието Nature Communications на 29 август 2022 г., ще помогнат на учените да предвидят как растенията ще реагират на изменението на климата и ще увеличат добивите въпреки глобалното затопляне, което уврежда културите.
„В момента отглеждаме култури с определена гъстота, но резултатите ни показват, че ще трябва да намалим тази гъстота, за да оптимизираме растежа на растенията с промените в климата“, казва старшият автор професор Джоан Чори, директор на Plant Molecular на Salk Institute и Лаборатория по клетъчна биология и Хауърд, изследовател в Медицинския институт Хюз. „Разбирането на молекулярната основа за това как растенията реагират на светлина и температура ще ни позволи да настроим фино гъстотата на засаждане, за да произведем най-добрите добиви.“
По време на покълването разсадът бързо удължава стъблата си, за да пробие почвата и да улови слънчевата светлина възможно най-бързо. Обикновено стъблото забавя растежа си след излагане на слънчева светлина. Но стъблото може бързо да се удължи отново, ако растението се конкурира с околните растения за слънчева светлина или увеличи разстоянието между горещата земя и листата на растението в отговор на повишаващите се температури. Докато и двете условия на околната среда - засенчване и високи температури - стимулират растежа на стъблото, те също намаляват добивите.
В това проучване учените сравняват растенията, растящи на сянка и при високи температури едновременно - условия, които имитират висока гъстота на засаждане и изменението на климата. Учените са използвали моделното растение Arabidopsis thaliana, както и домата и близък роднина на тютюна, тъй като са се интересували да видят дали и трите вида растения са еднакво засегнати от тези условия на околната среда.
И при трите вида екипът от изследователи установи, че растенията стават изключително високи, когато едновременно се опитват да избегнат сянката, създавана от съседните растения, и са били изложени на по-високи температури. На молекулярно ниво изследователите установиха, че транскрипционният фактор PIF7, протеин, който помага за включването и изключването на гените, спомага за стимулиране на растежа. Те също така установиха, че нивата на ауксин, хормон на растежа, се повишават, когато културите намират съседни растения, което насърчава растежа в отговор на едновременни по-високи температури. Този синергичен PIF7-ауксин път позволява на растенията да реагират на околната среда и да се адаптират в търсене на най-добрите условия за отглеждане.
Свързан транскрипционен фактор, PIF4, също стимулира удължаване на стъблото при високи температури. Въпреки това, при комбинация от сянка и повишени температури, този фактор вече не играеше важна роля.
„Бяхме изненадани да установим, че PIF4 не играе важна роля, тъй като предишни проучвания показаха важността на този фактор в свързани ситуации на растеж“, казва първият автор на изследването Йогев Бурко, научен сътрудник в Salk Institute и доцент в Организация за селскостопански изследвания към Израелския институт по вулканите. „Фактът, че PIF7 е доминиращият двигател на растежа на това растение, беше истинска изненада. С тези нови знания се надяваме да настроим фино реакцията на растеж на различни култури, за да им помогнем да се адаптират към изменението на климата.
Изследователите смятат, че има още един фактор, който предстои да бъде открит, който усилва ефекта на PIF7 и ауксина. Те се надяват да проучат този неизвестен фактор в бъдещи проучвания. Лабораторията на Берко също ще проучи как този път може да бъде оптимизиран в културите.
„Глобалните температури се покачват, така че се нуждаем от хранителни култури, които могат да растат в тези нови условия“, казва Чори, съ-ръководител на Инициативата за използване на растения Salk и Хауърд Х. и Мариам Р. Нюман, председател на растителната биология. „Идентифицирахме ключовите фактори, които регулират растежа на растенията при високи температури, което ще ни помогне да отглеждаме по-продуктивни култури, за да изхраним бъдещите поколения.“