Taimed on väga piklikud, paindudes, et võimaldada päikesevalguse juurdepääsu igale nende lehele. Vaatamata sellele, et teadlased on seda nähtust sajandeid jälginud, ei mõista teadlased seda täielikult. Nüüd on Salki Instituudi teadlased avastanud, et kaks taimset tegurit – valk PIF7 ja kasvuhormooni auksiin – on vallandajad, mis kiirendavad kasvu, kui taimed on samal ajal varjus ja kõrgel temperatuuril. instituudi ametlik veebisait.
29. augustil 2022 ajakirjas Nature Communications avaldatud leiud aitavad teadlastel ennustada, kuidas taimed reageerivad kliimamuutustele ja suurendavad saaki vaatamata sellele, et globaalne soojenemine kahjustab põllukultuure.
"Praegu kasvatame põllukultuure teatud tihedusega, kuid meie tulemused näitavad, et kliimamuutuste tõttu peame taimede kasvu optimeerimiseks seda tihedust vähendama," ütleb vanemautor professor Joanne Chory, Salki Instituudi taimemolekulide direktor. ja rakubioloogia labor ning Howard, Hughesi meditsiiniinstituudi teadur. "Molekulaarse aluse mõistmine, kuidas taimed reageerivad valgusele ja temperatuurile, võimaldab meil parima saagi saamiseks istutustihedust täpsustada."
Idanemise ajal pikendavad seemikud kiiresti oma varsi, et murda läbi pinnase ja püüda võimalikult kiiresti päikesevalgust. Tavaliselt aeglustab vars oma kasvu pärast päikesevalgust. Kuid vars võib kiiresti uuesti pikneda, kui taim konkureerib ümbritsevate taimedega päikesevalguse pärast või suurendab temperatuuri tõusule reageerides vahemaad kuuma maa ja taime lehtede vahel. Kuigi mõlemad keskkonnatingimused – varjutus ja kõrged temperatuurid – stimuleerivad varre kasvu, vähendavad need ka saaki.
Selles uuringus võrdlesid teadlased samal ajal varjus kasvavaid taimi ja sooja temperatuuri – tingimusi, mis jäljendavad suurt istutustihedust ja kliimamuutusi. Teadlased kasutasid näidistaime Arabidopsis thaliana, samuti tomatit ja tubaka lähisugulast, sest nad olid huvitatud sellest, kas need keskkonnatingimused mõjutavad kõiki kolme taimeliiki võrdselt.
Kõigi kolme liigi puhul avastas teadlaste meeskond, et taimed kasvasid ülikõrgeks, kui nad üritasid samaaegselt vältida naabertaimede tekitatud varju ja puutusid kokku kõrgemate temperatuuridega. Molekulaarsel tasandil leidsid teadlased, et PIF7 transkriptsioonifaktor, valk, mis aitab geene sisse ja välja lülitada, aitas hoogustada kasvu. Samuti leidsid nad, et kasvuhormooni auksiini tase tõusis, kui põllukultuurid leidsid naabertaimi, mis soodustas kasvu vastusena samaaegsele kõrgemale temperatuurile. See sünergiline PIF7-auksiini rada võimaldas taimedel reageerida oma keskkonnale ja kohaneda parimate kasvutingimuste otsimisel.
Seotud transkriptsioonifaktor PIF4 stimuleeris ka varre pikenemist kõrgel temperatuuril. Varju ja kõrgendatud temperatuuride kombinatsiooniga ei mänginud see tegur aga enam olulist rolli.
"Olime üllatunud, kui avastasime, et PIF4 ei mängi olulist rolli, sest varasemad uuringud on näidanud selle teguri olulisust seotud kasvuolukordades," ütleb uuringu esimene autor Yogev Burko, Salki Instituudi teadur ja dotsent Yogev Burko. Iisraeli vulkaanide instituudi põllumajandusuuringute organisatsioon. "Asjaolu, et PIF7 on selle taime domineeriv kasvumootor, oli tõeline üllatus. Nende uute teadmistega loodame täpsustada erinevate põllukultuuride kasvureaktsiooni, et aidata neil kliimamuutustega kohaneda.
Teadlased usuvad, et on veel avastamata veel üks tegur, mis võimendab PIF7 ja auksiini toimet. Nad loodavad seda tundmatut tegurit tulevastes uuringutes uurida. Berko labor uurib ka seda, kuidas seda rada põllukultuurides optimeerida.
„Ülemaailmne temperatuur tõuseb, seega vajame toidukultuure, mis suudaksid kasvada nendes uutes tingimustes,“ ütleb Chori, Salk Plant Use Initiative'i ja Howard H. ja Maryam R. Newmani taimebioloogia õppetooli kaasjuht. "Oleme tuvastanud peamised tegurid, mis reguleerivad taimede kasvu kõrgel temperatuuril, mis aitab meil kasvatada tootlikumaid põllukultuure, et toita tulevasi põlvkondi."