Kasvit ovat erittäin pitkänomaisia ja taipuvat, jotta auringonvalo pääsee jokaisen lehteen. Vaikka tutkijat ovat havainneet tätä ilmiötä vuosisatojen ajan, ne eivät täysin ymmärrä sitä. Nyt Salk-instituutin tutkijat ovat havainneet, että kaksi kasvitekijää - proteiini PIF7 ja kasvuhormoni auksiini - ovat laukaisevia tekijöitä, jotka nopeuttavat kasvua, kun kasvit ovat varjossa ja alttiina korkeille lämpötiloille samanaikaisesti. instituutin virallisilla verkkosivuilla.
Löydökset, jotka julkaistiin Nature Communications -lehdessä 29. elokuuta 2022, auttavat tutkijoita ennustamaan, kuinka kasvit reagoivat ilmastonmuutokseen ja lisäävät satoja huolimatta ilmaston lämpenemisestä, joka vahingoittaa viljelykasveja.
"Tällä hetkellä viljelemme satoja tietyllä tiheydellä, mutta tuloksemme osoittavat, että meidän on pienennettävä tätä tiheyttä optimoidaksemme kasvien kasvua ilmaston muuttuessa", sanoo vanhempi kirjailija, professori Joanne Chory, Salk Instituten Plant Molecular -tutkimuksen johtaja. ja Cell Biology Laboratory ja Howard, tutkija Hughes Medical Institutesta. "Kasvien valoon ja lämpötilaan reagoivan molekyyliperustan ymmärtäminen antaa meille mahdollisuuden hienosäätää istutustiheyttä parhaan sadon saamiseksi."
Itämisen aikana taimet pidentävät varret nopeasti murtautuakseen maaperän läpi ja vangitakseen auringonvaloa mahdollisimman nopeasti. Normaalisti varsi hidastaa kasvuaan auringonvalolle altistumisen jälkeen. Mutta varsi voi nopeasti pidentyä uudelleen, jos kasvi kilpailee ympäröivien kasvien kanssa auringonvalosta tai lisää etäisyyttä kuuman maan ja kasvin lehtien välillä lämpötilan nousun seurauksena. Vaikka molemmat ympäristöolosuhteet - varjostus ja korkeat lämpötilat - stimuloivat varren kasvua, ne vähentävät myös satoa.
Tässä tutkimuksessa tutkijat vertasivat kasveja, jotka kasvavat varjossa ja lämpimiä lämpötiloja samanaikaisesti - olosuhteita, jotka jäljittelevät suurta istutustiheyttä ja ilmastonmuutosta. Tutkijat käyttivät mallikasvia Arabidopsis thalianaa sekä tomaattia ja tupakan lähisukulaista, koska he olivat kiinnostuneita näkemään, vaikuttivatko nämä ympäristöolosuhteet kaikkiin kolmeen kasvilajiin yhtäläisesti.
Kaikilla kolmella lajilla tutkijaryhmä havaitsi, että kasvit kasvoivat erittäin korkeiksi, kun ne samanaikaisesti yrittivät välttää naapurikasvien luomaa varjoa ja joutuivat alttiiksi korkeammille lämpötiloille. Molekyylitasolla tutkijat havaitsivat, että PIF7-transkriptiotekijä, proteiini, joka auttaa kääntämään geenejä päälle ja pois päältä, auttoi kasvua. He havaitsivat myös, että auksiinin, kasvuhormonin, tasot nousivat, kun viljelykasvit löysivät naapurikasveja, mikä edisti kasvua vasteena samanaikaisesti korkeampiin lämpötiloihin. Tämä synergistinen PIF7-auxiinireitti antoi kasveille mahdollisuuden reagoida ympäristöönsä ja mukautua parhaiden kasvuolosuhteiden etsimiseen.
Siihen liittyvä transkriptiotekijä, PIF4, stimuloi myös varren pidentymistä korkeissa lämpötiloissa. Varjon ja kohonneiden lämpötilojen yhdistelmällä tällä tekijällä ei kuitenkaan enää ollut tärkeää roolia.
"Olimme yllättyneitä siitä, että PIF4:llä ei ole tärkeää roolia, koska aiemmat tutkimukset ovat osoittaneet tämän tekijän merkityksen siihen liittyvissä kasvutilanteissa", sanoo tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja Yogev Burko, Salk-instituutin tutkija ja apulaisprofessori. Israelin tulivuoren instituutin maatalouden tutkimusorganisaatio. ”Se, että PIF7 on tämän kasvin hallitseva kasvutekijä, oli todellinen yllätys. Tämän uuden tiedon avulla toivomme hienosäätää eri viljelykasvien kasvuvastetta auttaaksemme niitä sopeutumaan ilmastonmuutokseen."
Tutkijat uskovat, että on vielä löydettävä toinen tekijä, joka vahvistaa PIF7:n ja auksiinin vaikutusta. He toivovat voivansa tutkia tätä tuntematonta tekijää tulevissa tutkimuksissa. Berkon laboratorio tutkii myös, kuinka tämä reitti voidaan optimoida viljelykasveissa.
"Maailman lämpötilat nousevat, joten tarvitsemme ruokakasveja, jotka voivat kasvaa näissä uusissa olosuhteissa", sanoo Chori, Salk Plant Use Initiativen ja Howard H. ja Maryam R. Newmanin kasvibiologian johtaja. "Olemme tunnistaneet keskeiset tekijät, jotka säätelevät kasvien kasvua korkeissa lämpötiloissa, mikä auttaa meitä kasvattamaan tuottavampia satoja tulevien sukupolvien ruokkimiseksi."