U dvije publikacije, biolozi iz Utrechta i međunarodne kolege opisuju procese koje biljke koriste da se prilagode toplini. Otkrića pružaju uvid u to kako biljke optimalno funkcionišu pri suboptimalnim visokim temperaturama. To bi također moglo biti odskočna daska za kontrolu rasta biljaka i njihovo povećanje otpornosti na globalno zagrijavanje. Istraživači objavljuju svoje rezultate u časopisima The Plant Journal i Nature Communications.
Polarni medvjedi u pustinji
Ipak, mnoge biljne vrste razvile su načine da se nose s višim temperaturama. “Za razliku od životinja, mnoge biljke mogu prilagoditi svoj oblik tijela kao odgovor na toplinu i druge faktore okoline”, kaže istraživač Martijn van Zanten, koji je povezan sa Univerzitetom Utrecht i dao je doprinos u obje publikacije. „Životinje su sasvim druga priča. Jednostavno rečeno, ako polarnog medvjeda smjestite u pustinju, on će i dalje izgledati kao polarni medvjed sa debelim krznenim kaputom. Ali ako biljka raste u toplijim uvjetima, prilagodit će svoj oblik tijela u skladu s tim. Na taj način biljka pokušava optimalno funkcionirati u ovim nepovoljnijim uvjetima.”
Od kompaktnog do otvorenog oblika biljke
Mnoge biljne vrste mogu prilagoditi oblik svojih stabljika i listova kako bi bile otpornije na visoke temperature. To vrijedi i za talisku krešu (Arabidopsis thaliana), koju mnogi biljni biolozi smatraju svojim omiljenim biljnim modelom. U hladnim uslovima, ove biljke su kompaktne i imaju listove blizu zemlje. Kada temperature porastu, zauzimaju otvorenije držanje. Listovi, na primjer, postaju uspravniji. Ovo uvelike smanjuje direktno zračenje sunca. Osim toga, stabljike listova će se rastegnuti, omogućavajući više vjetra da prođe kroz lišće i rasprši toplinu.
Željeno i neželjeno istezanje
Ipak, kod usjeva i (rezanog) cvijeća ova vrsta istezanja je često nepoželjna. Uzgajivači žele kontrolirati ove promjene jer istezanje može ugroziti kvalitetu proizvoda. „Ali u isto vrijeme, potrebna je adaptacija kako bi usjevi postali otporniji na više temperature koje su rezultat klimatskih promjena. To je potrebno za održavanje proizvodnje na duži rok”, kaže Van Zanten.
Učiniti biljke tolerantnijim na klimu
„Mnogi kultivisani usevi izgubili su sposobnost da dobro reaguju na više temperature“, kaže Van Zanten. “U raznim usjevima, nestao je tokom procesa pripitomljavanja i uzgoja jer su se uzgajivači prvenstveno fokusirali na druge osobine.”
Uz klimatske promjene koje povećavaju temperature, Van Zanten kaže da postoji sve veća potreba da se biljke učine tolerantnijim na klimu. “Ovo zahtijeva znanje o tome kako se biljke nose s višim temperaturama. Kako pretvaraju temperaturne signale koje primaju u adaptacije rasta? Istraživanje molekularnih mehanizama pomoću kojih se biljke prilagođavaju neoptimalnim temperaturama omogućava alatima za prilagođavanje arhitekture usjeva kroz uzgoj.”
Molekularni mehanizam uključuje položaj topline
Čini se da biljke Thale kresa koje se više ne prilagođavaju višim temperaturama mogu povratiti tu sposobnost kada su izložene određenim kemikalijama. Ovo je otkrio međunarodni istraživački tim predvođen Van Zantenom. Tim je testirao veliki broj supstanci na mutantu thale cress koji se više ne prilagođava visokim temperaturama. Pronašli su molekul koji može 'uključiti' adaptaciju na visoku temperaturu kod mladih biljaka, čak i na niskim temperaturama.
Istraživači ovo jedinjenje zovu 'Heatin'. Hemijskim modifikacijom molekula, a zatim proučavanjem koji proteini se mogu vezati za zagrijavanje, pronašli su grupu proteina zvanih nitrilaze. Poznato je da se identificirana podgrupa javlja samo kod kupusa i srodnih vrsta, uključujući thale krešu.
Zajedno sa kompanijom za uzgoj biljaka, biolozi su otkrili da vrste kupusa zaista reaguju na zagrijavanje. Također su otkrili da su nitrilaze potrebne za adaptaciju na visoke temperature, vjerovatno zato što omogućavaju proizvodnju poznatog hormona rasta auksina. Istraživači su ovo otkriće objavili u časopisu The Plant Journal.
Novi put za adaptaciju na visoke temperature
Objavljivanje rezultata Heatina poklapa se sa drugom publikacijom, danas u Nature Communications. To istraživanje vodili su naučnici sa VIB instituta u Belgiji, a učestvovao je i Van Zanten. Tim je otkrio ranije neopisani protein koji regulira način na koji se biljke prilagođavaju toplijem okruženju. Protein je nazvan MAP4K4/TOT3, sa TOT što znači cilj temperature.
Zanimljivo je da je proces vođen TOT3 u velikoj mjeri nezavisan od svih drugih signalnih puteva koje su biolozi do sada povezivali s prilagođavanjem topline u biljkama. Osim toga, čini se da adaptacije TOT3 ne zavise od količine i sastava svjetlosti koja obasjava biljku.
Van Zanten: „Postoji dosta preklapanja u molekularnim mehanizmima pomoću kojih biljke prilagođavaju rast promjenjivom sastavu svjetlosti i visokoj temperaturi. Uz TOT3, sada imamo faktor s kojim možemo kontrolisati rast pod visokim temperaturama, bez ometanja načina na koji se biljka nosi sa svjetlom.”
Široke primjene
„Ono što ga čini još zanimljivijim“, kaže Van Zanten, „je da TOT3 igra sličnu ulogu u adaptaciji rasta pod visokom temperaturom i kod thale kresa i kod pšenice. Te dvije vrste su genetski prilično odvojene jedna od druge. Dakle, to nudi veliki potencijal za široku primjenu.”
Alternativa inhibitorima rasta
Konačno, otkrića TOT3 i uloge nitrilaza mogu pomoći da se nastavi sa uzgojem dovoljnog broja usjeva, čak i kada temperature porastu zbog klimatskih promjena. Otkrića također nude mogućnosti za razvoj alternativa hemikalijama koje se danas često koriste za inhibiciju rasta biljaka. Kao primjer, Van Zanten navodi rezano cvijeće, koje vrlo snažno reagira na temperaturne fluktuacije. Stoga se u cvjećarstvu koriste mnogi inhibitori rasta kako bi biljke bile lijepe i kompaktne.
„U trenutku kada kupite tulipane, na primjer, oni i dalje imaju lijepu kratku stabljiku“, kaže Van Zanten. „Ali nakon nekoliko dana u vašem domu, počnu visjeti preko ruba vaze. Više temperature u zatvorenom prostoru uzrokuju istezanje biljaka, što ih na kraju dovodi do mlohavosti i savijanja. Nadamo se da će nova saznanja doprinijeti odabiru novih sorti cvijeća koje se manje rastežu pod visokim temperaturama. Na taj način možemo smanjiti upotrebu štetnih inhibitora rasta.”
Za više informacija:
Utrecht University
www.uu.nl