Рослини сильно подовжуються, згинаються, щоб забезпечити доступ сонячного світла до кожного зі свого листя. Незважаючи на спостереження за цим явищем упродовж століть, вчені остаточно не розуміють його. Наразі вчені з інституту Солка виявили, що два рослинні фактори — білок PIF7 та гормон росту ауксин — є тригерами, які прискорюють ріст, коли рослини перебувають у тіні і одночасно піддаються дії високих температур. офіційний сайт інституту.
Висновки, опубліковані в журналі Nature Communications 29 серпня 2022 року, допоможуть вченим передбачити, як рослини будуть реагувати на зміну клімату, і підвищити врожайність, незважаючи на глобальне потепління клімату, що завдає шкоди врожаю.
"Прямо зараз ми вирощуємо сільськогосподарські культури з певною щільністю, але наші результати показують, що потрібно буде знизити цю щільність для оптимізації росту рослин у міру зміни клімату", - говорить старший автор професор Джоанн Чорі, директор Лабораторії молекулярної та клітинної біології рослин інституту Солка та Ховарда, дослідник Медичного інституту Х'юза. «Розуміння молекулярної основи того, як рослини реагують на світло та температуру, дозволить нам точно налаштувати густину посівів таким чином, щоб отримати найкращі врожаї».
Під час проростання сіянці швидко подовжують свої стебла, щоб пробитися крізь ґрунт і якнайшвидше захопити сонячне світло. У нормі стебло уповільнює своє зростання після дії сонячних променів. Але стебло може знову швидко подовжитись, якщо рослина конкурує з оточуючими рослинами за сонячне світло або у відповідь на підвищення температури збільшує відстань між гарячою землею та листям рослини. У той час як обидві умови довкілля — затінення та висока температура — стимулюють зростання стебел, вони також знижують урожайність.
У цьому дослідженні вчені порівняли рослини, що ростуть у тіні та за теплих температур одночасно — умови, які імітують високу щільність посівів та зміну клімату. Вчені використали модельну рослину Arabidopsis thaliana, а також томат і близький родич тютюну, тому що їм було цікаво подивитися, чи однаково на всі три види рослин впливають ці умови довкілля.
У всіх трьох видів команда дослідників виявила, що рослини виростали надзвичайно високими, коли одночасно намагалися уникнути тіні, створюваної сусідніми рослинами, і зазнавали впливу вищих температур. На молекулярному рівні дослідники виявили, що фактор транскрипції PIF7, білок, який допомагає "вмикати" і "вимикати" гени, сприяв прискоренню зростання. Вони також виявили, що рівень ауксину, гормону росту, збільшувався, коли культури виявляли сусідні рослини, що сприяло зростанню у відповідь на одночасні вищі температури. Цей синергетичний шлях PIF7-ауксин дозволив рослинам реагувати на навколишнє середовище та адаптуватися у пошуках найкращих умов зростання.
Споріднений фактор транскрипції, PIF4, також стимулював подовження стебла при високих температурах. Однак при поєднанні тіні та підвищених температур цей фактор вже не відігравав важливої ролі.
"Ми були здивовані, виявивши, що PIF4 не відіграє важливої ролі, тому що попередні дослідження показали важливість цього фактора у пов'язаних ситуаціях зростання", - говорить перший автор дослідження Йогєв Бурко, науковий співробітник інституту Солка та доцент Організації сільськогосподарських досліджень в Інституті вулканів Ізраїлю. «Той факт, що PIF7 є домінуючою рушійною силою зростання цієї рослини, став справжнім сюрпризом. Завдяки цим новим знанням ми сподіваємося точно налаштувати реакцію зростання різних сільськогосподарських культур, щоб допомогти адаптуватися до зміни клімату».
Дослідники вважають, що є ще один фактор, який ще належить відкрити, який посилює ефект PIF7 та ауксину. Вони сподіваються вивчити цей невідомий чинник у майбутніх дослідженнях. Лабораторія Берко також вивчатиме, як можна оптимізувати цей шлях у сільськогосподарських культур.
«Глобальні температури підвищуються, тому нам потрібні продовольчі культури, здатні рости в цих нових умовах», — каже Чорі, один із керівників ініціативи Солка з використання рослин та завідувач кафедри біології рослин Говарда Х. та Мар'ям Р. Ньюман. «Ми визначили ключові фактори, які регулюють зростання рослин за високих температур, що допоможе нам вирощувати більш продуктивні культури, щоб прогодувати майбутні покоління».