Plöntur eru mjög ílangar, beygja sig til að leyfa aðgang sólarljóss að hverju laufi þeirra. Þrátt fyrir að hafa fylgst með þessu fyrirbæri um aldir, skilja vísindamenn það ekki til fulls. Nú hafa vísindamenn við Salk Institute uppgötvað að tveir plöntuþættir - próteinið PIF7 og vaxtarhormónið auxin - eru kveikjur sem flýta fyrir vexti þegar plöntur eru í skugga og verða fyrir háum hita á sama tíma. opinber vefsíða stofnunarinnar.
Niðurstöðurnar, sem birtar voru í tímaritinu Nature Communications 29. ágúst 2022, munu hjálpa vísindamönnum að spá fyrir um hvernig plöntur muni bregðast við loftslagsbreytingum og auka uppskeru þrátt fyrir að hnattræn hlýnun skaði uppskeru.
„Núna erum við að rækta ræktun í ákveðnum þéttleika, en niðurstöður okkar benda til þess að við þurfum að lækka þann þéttleika til að hámarka vöxt plantna eftir því sem loftslagsbreytingar breytast,“ segir yfirhöfundur prófessor Joanne Chory, forstöðumaður plöntusameinda Salk Institute. og frumulíffræðirannsóknarstofu og Howard, rannsakandi við Hughes Medical Institute. "Skilningur á sameindagrundvelli þess hvernig plöntur bregðast við ljósi og hitastigi mun gera okkur kleift að fínstilla plöntuþéttleika til að framleiða bestu uppskeruna."
Við spírun lengja plöntur stöngulinn fljótt til að brjótast í gegnum jarðveginn og fanga sólarljós eins fljótt og auðið er. Venjulega hægir stilkurinn á vexti hans eftir að hafa verið í sólarljósi. En stilkurinn getur lengt fljótt aftur ef plöntan keppir við nærliggjandi plöntur um sólarljós eða eykur fjarlægðina milli heits jarðarinnar og laufanna á plöntunni til að bregðast við hækkandi hitastigi. Þó að bæði umhverfisaðstæður - skygging og hátt hitastig - örva stofnvöxt, draga þau einnig úr uppskeru.
Í þessari rannsókn báru vísindamennirnir saman plöntur sem vaxa í skugga og heitu hitastigi á sama tíma - aðstæður sem líkja eftir miklum plöntuþéttleika og loftslagsbreytingum. Vísindamennirnir notuðu fyrirmyndarplöntuna Arabidopsis thaliana, sem og tómatinn og náinn ættingja tóbaks, vegna þess að þeir höfðu áhuga á að sjá hvort allar þrjár plöntutegundirnar hefðu jafn áhrif á þessar umhverfisaðstæður.
Í öllum þremur tegundunum komst hópur vísindamanna að því að plönturnar urðu mjög háar þegar þær reyndu samtímis að forðast skuggann sem nágrannaplönturnar skapa og voru útsettar fyrir hærra hitastigi. Á sameindastigi komust vísindamennirnir að því að PIF7 umritunarþátturinn, prótein sem hjálpar til við að kveikja og slökkva á genum, hjálpaði til við að auka vöxt. Þeir komust einnig að því að magn auxíns, vaxtarhormóns, jókst þegar ræktun fann nærliggjandi plöntur, sem stuðlaði að vexti til að bregðast við hærra hitastigi samtímis. Þessi samverkandi PIF7-auxín ferill gerði plöntum kleift að bregðast við umhverfi sínu og aðlagast í leit að bestu vaxtarskilyrðum.
Tengdur umritunarþáttur, PIF4, örvaði einnig stilklengingu við háan hita. Hins vegar, með blöndu af skugga og hækkuðu hitastigi, gegndi þessi þáttur ekki lengur mikilvægu hlutverki.
„Það kom okkur á óvart að PIF4 gegnir ekki mikilvægu hlutverki vegna þess að fyrri rannsóknir hafa sýnt mikilvægi þessa þáttar í tengdum vaxtaraðstæðum,“ segir fyrsti höfundur rannsóknarinnar Yogev Burko, rannsóknarfélagi við Salk Institute og dósent við Samtök um landbúnaðarrannsóknir við Israel Volcanoes Institute. „Sú staðreynd að PIF7 er ríkjandi vaxtarbroddur þessarar plöntu kom virkilega á óvart. Með þessari nýju þekkingu vonumst við til að fínstilla vaxtarviðbrögð ýmissa ræktunar til að hjálpa þeim að laga sig að loftslagsbreytingum.“
Rannsakendur telja að það sé annar þáttur sem enn eigi eftir að uppgötva sem eykur áhrif PIF7 og auxíns. Þeir vonast til að kanna þennan óþekkta þátt í framtíðarrannsóknum. Rannsóknarstofa Berko mun einnig rannsaka hvernig hægt er að fínstilla þessa leið í ræktun.
„Hnattrænt hitastig er að hækka, þannig að við þurfum mataruppskeru sem getur vaxið við þessar nýju aðstæður,“ segir Chori, annar leiðtogi Salk Plant Use Initiative og Howard H. og Maryam R. Newman formaður plantnalíffræði. „Við höfum bent á lykilþættina sem stjórna vexti plantna við háan hita, sem mun hjálpa okkur að rækta afkastameiri uppskeru til að fæða komandi kynslóðir.