Divās publikācijās Utrehtas biologi un starptautiskie kolēģi apraksta procesus, ko augi izmanto, lai pielāgotos siltumam. Atklājumi sniedz ieskatu par to, kā augi darbojas optimāli zem optimālā augstā temperatūrā. Tas arī varētu būt atspēriena punkts, lai kontrolētu augu augšanu un padarītu tos izturīgākus pret globālo sasilšanu. Pētnieki savus rezultātus publicē žurnālā The Plant Journal un Nature Communications.
Polārlāči tuksnesī
Tomēr daudzas augu sugas ir izstrādājušas veidus, kā tikt galā ar augstāku temperatūru. "Atšķirībā no dzīvniekiem, daudzi augi var pielāgot savu ķermeņa formu, reaģējot uz siltumu un citiem vides faktoriem," saka pētnieks Martijns van Zantens, kurš ir saistīts ar Utrehtas universitāti un piedalījās abās publikācijās. "Dzīvnieki ir pavisam cits stāsts. Vienkārši sakot, ja jūs novietosiet polārlāci tuksnesī, tas joprojām izskatīsies pēc polārlāča ar biezu kažoku. Bet, ja augs aug siltākos apstākļos, tas attiecīgi pielāgos savu ķermeņa formu. Tādā veidā iekārta cenšas optimāli darboties šajos mazāk labvēlīgajos apstākļos.
No kompaktas līdz atvērtai augu formai
Daudzas augu sugas var pielāgot savu stublāju un lapu formu, lai padarītu tās izturīgākas pret augstām temperatūrām. Tas attiecas arī uz kreslās (Arabidopsis thaliana), ko daudzi augu biologi uzskata par savu iecienītāko augu modeli. Aukstos apstākļos šie augi ir kompakti un to lapas ir tuvu zemei. Kad temperatūra paaugstinās, viņi ieņem atvērtāku stāju. Piemēram, lapas kļūst stāvākas. Tas ievērojami samazina tiešo saules starojumu. Turklāt lapu kāti izstiepsies, ļaujot lielākam vējam iet garām lapām un izkliedēt siltumu.
Vēlamā un nevēlamā stiepšanās
Tomēr kultūrās un (grieztajos) ziedos šāda veida stiepšanās bieži ir nevēlama. Audzētāji vēlas kontrolēt šīs izmaiņas, jo stiepšanās var kavēt produkta kvalitāti. "Taču tajā pašā laikā ir nepieciešama pielāgošanās, lai padarītu kultūras izturīgākas pret augstāku temperatūru, ko izraisa klimata pārmaiņas. Tas ir nepieciešams, lai saglabātu ražošanu ilgtermiņā,” saka Van Zantens.
Padarot augus izturīgākus pret klimatu
"Daudzas kultivētās kultūras ir zaudējušas spēju labi reaģēt uz augstāku temperatūru," saka Van Zantens. "Dažādās kultūrās tas pazuda pieradināšanas un audzēšanas procesā, jo selekcionāri galvenokārt koncentrējās uz citām iezīmēm."
Klimata pārmaiņām paaugstinoties temperatūrai, Van Zantens saka, ka pieaug nepieciešamība padarīt augus izturīgākus pret klimatu. "Tam ir vajadzīgas zināšanas par to, kā augi tiek galā ar augstāku temperatūru. Kā viņi pārvērš saņemtos temperatūras signālus augšanas pielāgojumos? Izpētot molekulāros mehānismus, ar kuriem augi pielāgojas suboptimālajai temperatūrai, ir pieejami instrumenti, lai ar selekcijas palīdzību pielāgotu kultūraugu arhitektūru.
Molekulārais mehānisms ieslēdz siltuma stāju
Thale kreses augi, kas vairs nepielāgojas augstākām temperatūrām, var atgūt šo spēju, ja tiek pakļauti noteiktām ķīmiskām vielām. To atklāja starptautiska pētnieku grupa Van Zantena vadībā. Komanda pārbaudīja lielu skaitu vielu uz tallkreses mutanta, kas vairs nepielāgojas augstām temperatūrām. Viņi atrada molekulu, kas var “ieslēgt” jauno augu pielāgošanos augstajai temperatūrai pat zemā temperatūrā.
Pētnieki šo savienojumu sauc par "Heatin". Ķīmiski pārveidojot molekulu un pēc tam pētot, kuras olbaltumvielas var saistīties ar karsēšanu, viņi atrada proteīnu grupu, ko sauc par nitrilāzēm. Zināms, ka identificētā apakšgrupa sastopama tikai kāpostos un radniecīgās sugās, tostarp kreslās.
Kopā ar augu selekcijas uzņēmumu biologi atklāja, ka kāpostu sugas patiešām reaģē uz karsēšanu. Viņi arī atklāja, ka nitrilāzes ir nepieciešamas, lai pielāgotos augstai temperatūrai, iespējams, tāpēc, ka tās nodrošina labi zināmā augšanas hormona auksīna ražošanu. Pētnieki šo atklājumu publicēja žurnālā The Plant Journal.
Jauns ceļš augstas temperatūras pielāgošanai
Heatin rezultātu publicēšana sakrīt ar citu publikāciju šodien Nature Communications. Šo pētījumu vadīja Beļģijas VIB institūta zinātnieki, iesaistot arī Van Zantenu. Komanda atklāja iepriekš neaprakstītu proteīnu, kas regulē veidu, kā augi pielāgojas siltākai videi. Proteīns tika nosaukts MAP4K4/TOT3, bet TOT nozīmē Temperatūras mērķis.
Jāatzīmē, ka TOT3 virzītais process lielā mērā ir neatkarīgs no visiem citiem signalizācijas ceļiem, ko biologi līdz šim ir saistījuši ar siltuma pielāgošanos augos. Turklāt TOT3 pielāgojumi, šķiet, nav atkarīgi no gaismas daudzuma un sastāva, kas spīd uz augu.
Van Zantens: “Molekulārie mehānismi, ar kuriem augi pielāgo augšanu mainīgajam gaismas sastāvam un augstai temperatūrai, ļoti pārklājas. Ar TOT3 mums tagad ir pieejams faktors, ar kuru mēs varam kontrolēt augšanu augstā temperatūrā, netraucējot tam, kā augs tiek galā ar gaismu.
Plašas lietojumprogrammas
“To padara vēl interesantāku,” saka Van Zantens, “tas, ka TOT3 spēlē līdzīgu lomu augšanas pielāgošanā augstā temperatūrā gan kresēs, gan kviešos. Šīs divas sugas ir ģenētiski diezgan atdalītas viena no otras. Tātad tas piedāvā lielu potenciālu plašam lietojumam.
Alternatīva augšanas inhibitoriem
Galu galā TOT3 atklājumi un nitrilāžu loma var palīdzēt turpināt pietiekami daudz kultūru audzēšanu pat tad, ja temperatūra paaugstinās klimata pārmaiņu dēļ. Atklājumi piedāvā arī iespējas izstrādāt alternatīvas ķīmiskajām vielām, kuras tagad bieži izmanto, lai kavētu augu augšanu. Kā piemēru Van Zanten min grieztos ziedus, kas ļoti spēcīgi reaģē uz temperatūras svārstībām. Tāpēc puķkopībā izmanto daudzus augšanas inhibitorus, lai augi būtu jauki un kompakti.
"Piemēram, kad jūs pērkat tulpes, tām joprojām ir jauks īss kāts," saka Van Zantens. "Bet pēc dažām dienām jūsu mājās tie sāk karāties pāri vāzes malai. Augstāka iekštelpu temperatūra liek augiem izstiepties, galu galā liekot tiem novājēt un saliekties. Mēs ceram, ka jaunās zināšanas veicinās jaunu ziedu šķirņu atlasi, kas augstā temperatūrā mazāk stiepjas. Tādā veidā mēs varam samazināt kaitīgo augšanas inhibitoru lietošanu.
Lai iegūtu vairāk informācijas:
Utrehtas Universitāte
www.uu.nl