V dvoch publikáciách biológovia z Utrechtu a medzinárodní kolegovia opisujú procesy, ktoré rastliny používajú na prispôsobenie sa teplu. Objavy poskytujú pohľad na to, ako rastliny optimálne fungujú pri suboptimálnych vysokých teplotách. Mohlo by to byť tiež odrazovým mostíkom ku kontrole rastu rastlín a zvýšeniu ich odolnosti voči globálnemu otepľovaniu. Výskumníci publikujú svoje výsledky v časopisoch The Plant Journal a Nature Communications.
Ľadové medvede v púšti
Mnohé druhy rastlín si však vyvinuli spôsoby, ako sa vyrovnať s vyššími teplotami. „Na rozdiel od zvierat mnohé rastliny dokážu prispôsobiť svoj tvar tela teplu a iným environmentálnym faktorom,“ hovorí výskumník Martijn van Zanten, ktorý je členom Utrechtskej univerzity a prispel k obom publikáciám. „Zvieratá sú úplne iný príbeh. Jednoducho povedané, ak umiestnite ľadového medveďa do púšte, stále bude vyzerať ako ľadový medveď s hustým kožuchom. Ale ak rastlina rastie v teplejších podmienkach, prispôsobí tomu svoj tvar tela. Rastlina sa tak snaží optimálne fungovať za týchto menej priaznivých podmienok.“
Od kompaktnej po otvorenú rastlinnú formu
Mnoho rastlinných druhov dokáže prispôsobiť tvar svojich stoniek a listov tak, aby boli odolnejšie voči vysokým teplotám. To platí aj pre žeruchu thaliana (Arabidopsis thaliana), ktorú mnohí biológovia rastlín považujú za svoj obľúbený rastlinný model. V chladných podmienkach sú tieto rastliny kompaktné a majú listy blízko zeme. Keď teploty stúpnu, zaujmú otvorenejší postoj. Napríklad listy sú vzpriamenejšie. To výrazne znižuje priame slnečné žiarenie. Okrem toho sa stonky listov natiahnu, čo umožní väčšiemu vetru prejsť cez listy a rozptýliť teplo.
Žiaduce a nechcené natiahnutie
Pri plodinách a (rezaných) kvetoch je však tento druh rozťahovania často nežiaduci. Pestovatelia chcú mať tieto zmeny pod kontrolou, pretože preťahovanie môže brániť kvalite produktov. „Zároveň je však potrebná adaptácia, aby boli plodiny odolnejšie voči vyšším teplotám v dôsledku klimatických zmien. To je potrebné na udržanie výroby v dlhodobom horizonte,“ hovorí Van Zanten.
Urobte rastliny tolerantnejšie voči klíme
„Mnoho pestovaných plodín stratilo schopnosť dobre reagovať na vyššie teploty,“ hovorí Van Zanten. "V rôznych plodinách zmizol počas procesu domestikácie a šľachtenia, pretože chovatelia sa primárne zamerali na iné vlastnosti."
S klimatickými zmenami, ktoré zvyšujú teploty, Van Zanten hovorí, že existuje rastúca potreba, aby rastliny boli tolerantnejšie voči klíme. „To si vyžaduje znalosti o tom, ako sa rastliny vyrovnávajú s vyššími teplotami. Ako premieňajú teplotné signály, ktoré prijímajú, na rastové adaptácie? Výskum molekulárnych mechanizmov, ktorými sa rastliny prispôsobujú suboptimálnej teplote, umožňuje nástroje na úpravu architektúry plodín prostredníctvom šľachtenia.
Molekulárny mechanizmus zapína polohu tepla
Zdá sa, že rastliny žeruchy, ktoré sa už neprispôsobujú vyšším teplotám, môžu túto schopnosť znovu získať, keď sú vystavené určitým chemikáliám. Zistil to medzinárodný výskumný tím pod vedením Van Zantena. Tím testoval veľké množstvo látok na mutante žeruchy, ktorá sa už neprispôsobuje vysokým teplotám. Našli molekulu, ktorá dokáže „zapnúť“ adaptáciu na vysokú teplotu u mladých rastlín aj pri nízkych teplotách.
Výskumníci nazývajú túto zlúčeninu „Teplo“. Chemickou úpravou molekuly a následným štúdiom toho, ktoré proteíny sa môžu viazať pri zahrievaní, našli skupinu proteínov nazývaných nitrilázy. Je známe, že identifikovaná podskupina sa vyskytuje iba v kapustovitých a príbuzných druhoch, vrátane žeruchy.
Biológovia spolu so spoločnosťou na šľachtenie rastlín zistili, že druhy kapusty skutočne reagujú na zahrievanie. Zistili tiež, že nitrilázy sú potrebné na adaptáciu na vysokú teplotu, pravdepodobne preto, že umožňujú produkciu známeho rastového hormónu auxínu. Výskumníci zverejnili tento objav v časopise The Plant Journal.
Nová cesta pre adaptáciu na vysoké teploty
Zverejnenie výsledkov Heatin sa zhoduje s ďalšou publikáciou, dnes v Nature Communications. Tento výskum viedli vedci z inštitútu VIB v Belgicku, na ktorom sa podieľal aj Van Zanten. Tím objavil predtým nepopísaný proteín, ktorý reguluje spôsob, akým sa rastliny prispôsobujú teplejšiemu prostrediu. Proteín bol nazvaný MAP4K4/TOT3, pričom TOT znamená Cieľ teploty.
Je pozoruhodné, že proces riadený TOT3 je do značnej miery nezávislý od všetkých ostatných signálnych dráh, ktoré biológovia doteraz spájali s adaptáciou na teplo v rastlinách. Okrem toho sa zdá, že úpravy pomocou TOT3 nezávisia od množstva a zloženia svetla, ktoré svieti na rastlinu.
Van Zanten: „V molekulárnych mechanizmoch, ktorými rastliny prispôsobujú rast meniacemu sa zloženiu svetla a vysokej teplote, je veľký presah. S TOT3 máme teraz po ruke faktor, pomocou ktorého môžeme kontrolovať rast pri vysokých teplotách bez toho, aby sme zasahovali do spôsobu, akým rastlina zaobchádza so svetlom.“
Široké aplikácie
„Čo to robí ešte zaujímavejším,“ hovorí Van Zanten, „je to, že TOT3 hrá podobnú úlohu pri adaptácii rastu pri vysokej teplote v žeruche a pšenici. Tieto dva druhy sú od seba geneticky dosť oddelené. Takže to ponúka veľký potenciál pre široké využitie.“
Alternatíva k inhibítorom rastu
V konečnom dôsledku môžu objavy TOT3 a úloha nitriláz pomôcť pokračovať v pestovaní dostatočného množstva plodín, aj keď teploty stúpajú v dôsledku zmeny klímy. Objavy tiež ponúkajú príležitosti na vývoj alternatív k chemikáliám, ktoré sa teraz často používajú na inhibíciu rastu rastlín. Ako príklad Van Zanten uvádza rezané kvety, ktoré veľmi silno reagujú na teplotné výkyvy. V kvetinárstve sa preto používa veľa inhibítorov rastu, aby boli rastliny pekné a kompaktné.
„V momente, keď si kúpite napríklad tulipány, majú stále peknú krátku stonku,“ hovorí Van Zanten. „Ale po niekoľkých dňoch u vás doma začnú visieť cez okraj vázy. Vyššie vnútorné teploty spôsobujú, že sa rastliny naťahujú, čo vedie k tomu, že krívajú a ohýbajú sa. Dúfame, že nové poznatky prispejú k výberu nových odrôd kvetov, ktoré sa pri vysokých teplotách menej naťahujú. Týmto spôsobom môžeme znížiť používanie škodlivých inhibítorov rastu.“
Pre viac informácií:
Utrechtská univerzita
www.uu.nl