Rostliny jsou velmi protáhlé, ohýbají se, aby umožnily přístup slunečního světla ke každému z jejich listů. Navzdory tomu, že tento jev pozorují po staletí, vědci mu plně nerozumí. Nyní vědci ze Salkova institutu zjistili, že dva rostlinné faktory – protein PIF7 a růstový hormon auxin – jsou spouštěči, které urychlují růst, když jsou rostliny ve stínu a zároveň jsou vystaveny vysokým teplotám. oficiální stránky ústavu.
Zjištění publikovaná v časopise Nature Communications 29. srpna 2022 pomohou vědcům předpovědět, jak budou rostliny reagovat na změnu klimatu a zvýšit výnosy navzdory globálnímu oteplování, které poškozuje plodiny.
"Právě teď pěstujeme plodiny v určité hustotě, ale naše výsledky naznačují, že budeme muset tuto hustotu snížit, abychom optimalizovali růst rostlin, jak se mění klima," říká hlavní autor profesorka Joanne Chory, ředitelka Salk Institute's Plant Molecular. a Laboratoř buněčné biologie a Howard, výzkumník v Hughes Medical Institute. "Porozumění molekulárnímu základu toho, jak rostliny reagují na světlo a teplotu, nám umožní vyladit hustotu výsadby tak, abychom produkovali nejlepší výnosy."
Sazenice během klíčení rychle prodlužují stonky, aby prorazily půdu a co nejrychleji zachytily sluneční světlo. Normálně stonek po vystavení slunečnímu záření zpomaluje svůj růst. Ale stonek se může rychle znovu prodloužit, pokud rostlina soutěží s okolními rostlinami o sluneční světlo nebo zvětší vzdálenost mezi horkou zemí a listy rostliny v reakci na rostoucí teploty. Zatímco obě podmínky prostředí – zastínění a vysoké teploty – stimulují růst stonků, zároveň snižují výnosy.
V této studii vědci porovnávali rostliny rostoucí ve stínu a současně teplých teplotách - podmínky, které napodobují vysokou hustotu výsadby a změnu klimatu. Vědci použili modelovou rostlinu Arabidopsis thaliana, stejně jako rajče a blízkého příbuzného tabáku, protože je zajímalo, zda jsou všechny tři druhy rostlin stejně ovlivněny těmito podmínkami prostředí.
U všech tří druhů tým vědců zjistil, že rostliny rostly extrémně vysoko, když se současně snažily vyhýbat se stínu vytvářenému sousedními rostlinami a byly vystaveny vyšším teplotám. Na molekulární úrovni vědci zjistili, že transkripční faktor PIF7, protein, který pomáhá zapínat a vypínat geny, pomohl zvýšit růst. Zjistili také, že hladiny auxinu, růstového hormonu, se zvýšily, když plodiny našly sousední rostliny, což podpořilo růst v reakci na současné vyšší teploty. Tato synergická dráha PIF7-auxinu umožnila rostlinám reagovat na své prostředí a přizpůsobit se při hledání nejlepších podmínek růstu.
Související transkripční faktor, PIF4, také stimuloval prodlužování stonku při vysokých teplotách. Při kombinaci stínu a zvýšených teplot však tento faktor již nehrál důležitou roli.
"Byli jsme překvapeni, když jsme zjistili, že PIF4 nehraje důležitou roli, protože předchozí studie prokázaly důležitost tohoto faktoru v souvisejících růstových situacích," říká první autor studie Yogev Burko, vědecký pracovník Salk Institute a docent na Organizace pro zemědělský výzkum v Izraelském institutu sopek. „Skutečnost, že PIF7 je dominantním hnacím motorem růstu tohoto závodu, byla skutečným překvapením. Doufáme, že s těmito novými poznatky vyladíme růstovou reakci různých plodin, abychom jim pomohli přizpůsobit se klimatickým změnám."
Vědci se domnívají, že je ještě třeba objevit další faktor, který zesiluje účinek PIF7 a auxinu. Doufají, že tento neznámý faktor prozkoumají v budoucích studiích. Berkova laboratoř bude také studovat, jak lze tuto cestu optimalizovat v plodinách.
"Globální teploty rostou, takže potřebujeme potravinářské plodiny, které mohou růst v těchto nových podmínkách," říká Chori, spoluvedoucí iniciativy Salk Plant Use Initiative a Howard H. a Maryam R. Newman předsedové oddělení rostlinné biologie. "Identifikovali jsme klíčové faktory, které regulují růst rostlin při vysokých teplotách, což nám pomůže pěstovat produktivnější plodiny, abychom uživili budoucí generace."