În două publicații, biologii de la Utrecht și colegii internaționali descriu procesele folosite de plante pentru a se adapta la căldură. Descoperirile oferă perspective asupra modului în care plantele funcționează optim la temperaturi ridicate suboptime. De asemenea, ar putea oferi o piatră de temelie spre controlul creșterii plantelor și să le facă mai rezistente la încălzirea globală. Cercetătorii își publică rezultatele în The Plant Journal și Nature Communications.
Urși polari în deșert
Cu toate acestea, multe specii de plante au dezvoltat modalități de a face față temperaturilor mai ridicate. „Spre deosebire de animale, multe plante își pot adapta forma corpului ca răspuns la căldură și la alți factori de mediu”, spune cercetătorul Martijn van Zanten, care este afiliat la Universitatea din Utrecht și a contribuit la ambele publicații. „Animalele sunt o cu totul altă poveste. Mai simplu spus, dacă așezi un urs polar în deșert, acesta va arăta în continuare ca un urs polar cu o haină groasă de blană. Dar dacă o plantă crește în condiții mai calde, își va adapta forma corpului în consecință. În acest fel, planta încearcă să funcționeze optim în aceste condiții mai puțin favorabile.”
De la formă compactă la cea deschisă
Multe specii de plante își pot adapta forma tulpinilor și frunzelor pentru a le face mai rezistente la temperaturi ridicate. Acest lucru este valabil și pentru cresonul thale (Arabidopsis thaliana), considerat de mulți biologi de plante drept modelul lor de plantă preferat. În condiții de frig, aceste plante sunt compacte și au frunzele aproape de pământ. Când temperaturile cresc, aceștia iau o postură mai deschisă. Frunzele, de exemplu, devin mai drepte. Acest lucru reduce foarte mult radiația directă de la soare. În plus, tulpinile frunzelor se vor întinde, lăsând mai mult vânt să treacă prin frunze și să disipeze căldura.
Întindere dorită și nedorită
Cu toate acestea, în culturi și flori (tăiate), acest tip de întindere este adesea nedorit. Cultivatorii doresc să controleze aceste schimbări, deoarece întinderea poate împiedica calitatea produsului. „Dar, în același timp, adaptarea este necesară pentru a face culturile mai rezistente la temperaturile mai ridicate rezultate din schimbările climatice. Acest lucru este necesar pentru a menține producția pe termen lung”, spune Van Zanten.
Faceți plantele mai tolerante la climă
„Multe culturi cultivate și-au pierdut capacitatea de a răspunde bine la temperaturi mai ridicate”, spune Van Zanten. „În diferite culturi, a dispărut în timpul procesului de domesticire și reproducere, deoarece crescătorii s-au concentrat în primul rând pe alte trăsături.”
Odată cu schimbările climatice care duc la creșterea temperaturilor, Van Zanten spune că există o nevoie tot mai mare de a face plantele mai tolerante la climă. „Acest lucru necesită cunoștințe despre modul în care plantele fac față temperaturilor mai ridicate. Cum transformă semnalele de temperatură pe care le primesc în adaptări de creștere? Cercetând mecanismele moleculare prin care plantele se adaptează la temperatura suboptimă, permite instrumente de ajustare a arhitecturii culturilor prin reproducere.”
Mecanismul molecular activează postura de căldură
Plantele de creson Thale care nu se mai adaptează la temperaturi mai ridicate apar pot recăpăta această capacitate atunci când sunt expuse la anumite substanțe chimice. Acest lucru a fost descoperit de o echipă internațională de cercetare condusă de Van Zanten. Echipa a testat un număr mare de substanțe pe un mutant de creson thale care nu se mai adaptează la temperaturi ridicate. Ei au descoperit o moleculă care poate „porni” adaptarea la temperaturi ridicate la plantele tinere, chiar și la temperaturi scăzute.
Cercetătorii numesc acest compus „Heatin”. Prin modificarea chimică a moleculei și apoi studiind ce proteine se pot lega la încălzire, au găsit un grup de proteine numite nitrilaze. Se știe că subgrupul identificat apare numai la varză și specii înrudite, inclusiv cresonul thale.
Împreună cu o companie de ameliorare a plantelor, biologii au descoperit că într-adevăr speciile de varză răspund la încălzire. De asemenea, au descoperit că nitrilazele sunt necesare pentru adaptarea la temperaturi ridicate, probabil pentru că permit producerea binecunoscutului hormon de creștere auxină. Cercetătorii au publicat această descoperire în The Plant Journal.
Noua cale pentru adaptarea la temperaturi ridicate
Publicarea rezultatelor Heatin coincide cu o altă publicație, astăzi în Nature Communications. Acea cercetare a fost condusă de oameni de știință de la institutul VIB din Belgia, și Van Zanten fiind implicat. Echipa a descoperit o proteină nedescrisă anterior, care reglează modul în care plantele se adaptează la un mediu mai cald. Proteina a fost denumită MAP4K4/TOT3, cu TOT însemnând țintă de temperatură.
În mod remarcabil, procesul condus de TOT3 este în mare măsură independent de toate celelalte căi de semnalizare pe care biologii le-au legat până acum de adaptarea la căldură la plante. În plus, adaptările efectuate de TOT3 nu par să fie dependente de cantitatea și compoziția luminii care strălucește asupra unei plante.
Van Zanten: „Există o mare suprapunere în mecanismele moleculare prin care plantele adaptează creșterea la schimbarea compoziției luminii și la temperaturi ridicate. Cu TOT3, avem acum un factor la îndemână cu care putem controla creșterea la temperaturi ridicate, fără a interfera cu modul în care planta tratează lumina.”
Aplicații largi
„Ceea ce îl face și mai interesant”, spune Van Zanten, „este că TOT3 joacă un rol similar în adaptarea creșterii la temperaturi ridicate atât la cresonul thale, cât și la grâu. Cele două specii sunt destul de separate genetic una de cealaltă. Deci, acesta oferă un potențial mare pentru aplicații largi.”
Alternativă la inhibitorii de creștere
În cele din urmă, descoperirile TOT3 și rolul nitrilazelor pot ajuta la continuarea creșterii suficiente a culturilor, chiar și atunci când temperaturile cresc din cauza schimbărilor climatice. Descoperirile oferă, de asemenea, oportunități de a dezvolta alternative la substanțele chimice care sunt acum adesea folosite pentru a inhiba creșterea plantelor. Ca exemplu, Van Zanten menţionează florile tăiate, care răspund foarte puternic la fluctuaţiile de temperatură. Prin urmare, în floricultură, mulți inhibitori de creștere sunt folosiți pentru a menține plantele frumoase și compacte.
„În momentul în care cumpărați lalele, de exemplu, au încă o tulpină scurtă drăguță”, spune Van Zanten. „Dar după câteva zile în casa ta, încep să atârne peste marginea vazei. Temperaturile interioare mai ridicate fac ca plantele să se întindă, făcându-le în cele din urmă să devină moale și să se îndoaie. Sperăm că noile cunoștințe vor contribui la selecția de noi soiuri de flori care se întind mai puțin la temperaturi ridicate. În acest fel, putem reduce utilizarea inhibitorilor nocivi de creștere.”
Pentru mai multe informații:
Universitatea din Utrecht
www.uu.nl