Plantele sunt foarte alungite, se îndoaie pentru a permite accesul luminii solare la fiecare dintre frunzele lor. În ciuda faptului că au observat acest fenomen timp de secole, oamenii de știință nu îl înțeleg pe deplin. Acum, oamenii de știință de la Institutul Salk au descoperit că doi factori vegetali - proteina PIF7 și hormonul de creștere auxina - sunt factori declanșatori care accelerează creșterea atunci când plantele sunt la umbră și expuse în același timp la temperaturi ridicate. site-ul oficial al Institutului.
Descoperirile, publicate în revista Nature Communications pe 29 august 2022, îi vor ajuta pe oamenii de știință să prezică modul în care plantele vor răspunde la schimbările climatice și vor crește recoltele, în ciuda încălzirii globale a culturilor dăunătoare.
„În acest moment, cultivăm culturi la o anumită densitate, dar rezultatele noastre indică faptul că va trebui să scădem acea densitate pentru a optimiza creșterea plantelor pe măsură ce schimbările climatice”, spune autorul principal, profesorul Joanne Chory, director al Departamentului Molecular al Institutului Salk. și Laboratorul de biologie celulară și Howard, cercetător la Institutul Medical Hughes. „Înțelegerea bazei moleculare a modului în care plantele răspund la lumină și temperatură ne va permite să reglam fin densitatea de plantare pentru a produce cele mai bune recolte.”
În timpul germinării, răsadurile își lungesc rapid tulpinile pentru a străpunge solul și a capta lumina soarelui cât mai repede posibil. În mod normal, tulpina își încetinește creșterea după expunerea la lumina soarelui. Dar tulpina se poate alungi din nou rapid dacă planta concurează cu plantele din jur pentru lumina soarelui sau mărește distanța dintre pământul fierbinte și frunzele plantei ca răspuns la creșterea temperaturii. În timp ce ambele condiții de mediu - umbrirea și temperaturile ridicate - stimulează creșterea tulpinii, ele reduc și recoltele.
În acest studiu, oamenii de știință au comparat plantele care cresc la umbră și temperaturile calde în același timp - condiții care imită densitățile mari de plantare și schimbările climatice. Oamenii de știință au folosit planta model Arabidopsis thaliana, precum și roșia și o rudă apropiată a tutunului, pentru că au fost interesați să vadă dacă toate cele trei specii de plante au fost afectate în mod egal de aceste condiții de mediu.
La toate cele trei specii, echipa de cercetători a descoperit că plantele au crescut extrem de înalte atunci când au încercat simultan să evite umbra creată de plantele vecine și au fost expuse la temperaturi mai ridicate. La nivel molecular, cercetătorii au descoperit că factorul de transcripție PIF7, o proteină care ajută la activarea și dezactivarea genelor, a ajutat la stimularea creșterii. Ei au descoperit, de asemenea, că nivelurile de auxină, un hormon de creștere, au crescut atunci când culturile au găsit plante învecinate, ceea ce a promovat creșterea ca răspuns la temperaturi mai ridicate simultane. Această cale sinergică PIF7-auxină a permis plantelor să răspundă la mediul lor și să se adapteze în căutarea celor mai bune condiții de creștere.
Un factor de transcripție înrudit, PIF4, a stimulat, de asemenea, alungirea tulpinii la temperaturi ridicate. Cu toate acestea, cu o combinație de umbră și temperaturi ridicate, acest factor nu a mai jucat un rol important.
„Am fost surprinși să constatăm că PIF4 nu joacă un rol important, deoarece studiile anterioare au arătat importanța acestui factor în situațiile de creștere asociate”, spune primul autor al studiului, Yogev Burko, cercetător la Institutul Salk și profesor asociat la Organizația pentru Cercetare Agricolă de la Institutul Vulcanilor din Israel. „Faptul că PIF7 este motorul dominant de creștere pentru această plantă a fost o adevărată surpriză. Cu aceste noi cunoștințe, sperăm să ajustam răspunsul de creștere al diferitelor culturi pentru a le ajuta să se adapteze la schimbările climatice.”
Cercetătorii cred că există încă un factor care nu a fost descoperit care amplifică efectul PIF7 și auxinei. Ei speră să exploreze acest factor necunoscut în studii viitoare. Laboratorul lui Berko va studia, de asemenea, modul în care această cale poate fi optimizată în culturi.
„Temperatura globală crește, așa că avem nevoie de culturi alimentare care să poată crește în aceste noi condiții”, spune Chori, co-lider al Inițiativei Salk Plant Use și Howard H. și Maryam R. Newman, președinte de biologie a plantelor. „Am identificat factorii cheie care reglează creșterea plantelor la temperaturi ridicate, ceea ce ne va ajuta să creștem culturi mai productive pentru a hrăni generațiile viitoare.”