In twee publikasies beskryf Utrecht-bioloë en internasionale kollegas prosesse wat plante gebruik om by warmte aan te pas. Die ontdekkings bied insig in hoe plante optimaal funksioneer onder suboptimale hoë temperature. Dit kan ook 'n treëklip bied om die groei van plante te beheer en hulle bestand te maak teen aardverwarming. Die navorsers publiseer hul resultate in The Plant Journal en Nature Communications.
Ysbere in die woestyn
Tog het baie plantsoorte maniere ontwikkel om hoër temperature die hoof te bied. "Anders as diere, kan baie plante hul liggaamsvorm aanpas in reaksie op warmte en ander omgewingsfaktore," sê navorser Martijn van Zanten, wat verbonde is aan die Universiteit Utrecht en bygedra het tot albei publikasies. 'Diere is 'n heel ander storie. Eenvoudig gestel, as jy 'n ysbeer in die woestyn plaas, sal dit steeds soos 'n ysbeer met 'n dik pelsjas lyk. Maar as 'n plant in warmer toestande groei, sal hy sy liggaamsvorm dienooreenkomstig aanpas. Op hierdie manier probeer die aanleg optimaal funksioneer onder hierdie minder gunstige omstandighede. ”
Van kompakte tot oop plantvorm
Baie plantsoorte kan die vorm van hul stingels en blare aanpas om dit bestand te wees teen hoë temperature. Dit geld ook vir thale cress (Arabidopsis thaliana), wat deur baie plantbioloë as hul gunsteling plantmodel beskou word. In koue toestande is hierdie plante kompak en het hulle blare naby die grond. As die temperatuur styg, kry hulle 'n meer oop houding. Blare word byvoorbeeld meer regop. Dit verminder die direkte bestraling van die son aansienlik. Daarbenewens sal die blaarstingels rek, sodat meer wind deur die blare kan beweeg en die hitte versprei.
Gewensde en ongewenste strek
Maar in gewasse en (sny) blomme is hierdie soort strek dikwels ongewens. Produsente wil hierdie veranderinge beheer, want strek kan die kwaliteit van die produk belemmer. “Terselfdertyd is aanpassing nodig om gewasse bestand te maak teen die hoër temperature as gevolg van klimaatsverandering. Dit is nodig om die produksie op langer termyn te handhaaf, ”sê Van Zanten.
Maak plante meer klimaatbestand
"Baie verboude gewasse het die vermoë verloor om goed op hoër temperature te reageer," sê Van Zanten. "In verskillende gewasse het dit verdwyn tydens die domestiserings- en teelproses, aangesien telers hoofsaaklik op ander eienskappe gefokus het."
Aangesien klimaatsverandering die temperature verhoog, sê Van Zanten dat daar 'n toenemende behoefte is om plante meer klimaatbestand te maak. 'Dit verg kennis oor hoe plante hoër temperature hanteer. Hoe omskep hulle die temperatuurseine wat hulle ontvang in groeiaanpassings? Deur navorsing te doen oor die molekulêre meganismes waardeur plante aanpas by suboptimale temperatuur, kan instrumente die argitektuur van gewasse aanpas deur teel.
Molekulêre meganisme skakel die hitte-houding aan
Thale kersplante wat nie meer by hoër temperature aanpas nie, kan weer daardie vermoë herwin wanneer hulle aan sekere chemikalieë blootgestel word. Dit is ontdek deur 'n internasionale navorsingspan onder leiding van Van Zanten. Die span het 'n groot aantal stowwe getoets op 'n kalkmutant wat nie meer by hoë temperature aanpas nie. Hulle het 'n molekuul gevind wat die aanpassing by jong plante, selfs by lae temperature, kan 'aanskakel'.
Die navorsers noem hierdie verbinding 'Heatin'. Deur die molekule chemies te verander en dan te bestudeer watter proteïene aan verhitting kan bind, het hulle 'n groep proteïene gevind wat nitrilases genoem word. Daar is bekend dat die geïdentifiseerde subgroep slegs in koolkosse en verwante spesies voorkom, insluitend talskers.
Saam met 'n plantteeltonderneming het die bioloë ontdek dat koolsoorte inderdaad reageer op verhitting. Hulle het ook ontdek dat die nitrilases benodig word om aan te pas by hoë temperatuur, waarskynlik omdat dit die produksie van die bekende groeihormoon auxin moontlik maak. Die navorsers het hierdie ontdekking in The Plant Journal gepubliseer.
Nuwe pad vir hoë temperatuur aanpassing
Die publikasie van die Heatin-resultate val saam met 'n ander publikasie, vandag in Nature Communications. Die navorsing is gelei deur wetenskaplikes aan die VIB-instituut in België, en Van Zanten was ook betrokke. Die span het 'n proteïen wat voorheen onbeskryf is, ontdek wat die manier waarop plante in 'n warmer omgewing aanpas, reguleer. Die proteïen is MAP4K4 / TOT3 genoem, met TOT wat die teiken van temperatuur beteken.
Opvallend is dat die TOT3-gedrewe proses grootliks onafhanklik is van alle ander seinweë wat bioloë tot dusver gekoppel het aan die aanpassing van die warmte in plante. Daarbenewens lyk die aanpassings deur TOT3 nie afhanklik van die hoeveelheid en samestelling van die lig wat op 'n plant skyn nie.
Van Zanten: “Daar is baie oorvleueling in die molekulêre meganismes waardeur plante groei aanpas by veranderende ligsamestelling en hoë temperatuur. Met TOT3 het ons nou 'n faktor byderhand waarmee ons groei onder hoë temperature kan beheer, sonder om die manier waarop die plant met lig omgaan, in te meng. ”
Breë toepassings
“Wat dit nog interessanter maak,” sê Van Zanten, "is dat TOT3 'n soortgelyke rol speel in die aanpassing van groei onder hoë temperatuur in beide kers en koring. Hierdie twee spesies is geneties redelik van mekaar geskei. Dit bied dus groot potensiaal vir breë toepassings. ”
Alternatief vir groei-inhibeerders
Uiteindelik kan die ontdekking van TOT3 en die rol van nitrilases help om voort te gaan met die groei van voldoende oeste, selfs as die temperatuur styg as gevolg van klimaatsverandering. Die ontdekkings bied ook geleenthede om alternatiewe vir chemikalieë te ontwikkel wat nou dikwels gebruik word om die groei van plante te inhibeer. Van Zanten noem byvoorbeeld snyblomme wat baie sterk reageer op temperatuurskommelings. In die tuinbou word daar dus baie groei-inhibeerders gebruik om die plante mooi en kompak te hou.
"Die oomblik as jy byvoorbeeld tulpe koop, het hulle nog 'n mooi kort stingel," sê Van Zanten. 'Maar na 'n paar dae in jou huis begin hulle oor die vaasrand hang. Die hoër binnetemperature laat die plante rek, wat uiteindelik lei tot slap en buig. Ons hoop dat die nuwe kennis sal bydra tot die keuse van nuwe blomvariëteite wat minder onder hoë temperature strek. Op hierdie manier kan ons die gebruik van skadelike groei-inhibeerders verminder. ”
Vir meer inligting:
Universiteit Utrecht
www.uu.nl