Ve dvou publikacích Utrechtští biologové a mezinárodní kolegové popisují procesy používané rostlinami k přizpůsobení se teplu. Tyto objevy poskytují pohled na to, jak rostliny optimálně fungují při suboptimálních vysokých teplotách. Také by to mohlo být odrazovým můstkem k řízení růstu rostlin a jejich větší odolnosti vůči globálnímu oteplování. Vědci zveřejňují své výsledky v The Plant Journal a Nature Communications.
Lední medvědi v poušti
Přesto mnoho druhů rostlin vyvinulo způsoby, jak se vyrovnat s vyššími teplotami. "Na rozdíl od zvířat, mnoho rostlin může přizpůsobit svůj tvar těla v reakci na teplo a další faktory prostředí," říká výzkumník Martijn van Zanten, který je spojen s Utrechtskou univerzitou a přispěl k oběma publikacím. "Zvířata jsou úplně jiný příběh." Jednoduše řečeno, pokud umístíte ledního medvěda do pouště, bude stále vypadat jako lední medvěd s hustým kožichem. Pokud ale rostlina roste v teplejších podmínkách, přizpůsobí tomu svůj tvar těla. Tímto způsobem se rostlina snaží za těchto méně příznivých podmínek fungovat optimálně. “
Od kompaktní až po otevřenou formu rostliny
Mnoho druhů rostlin dokáže přizpůsobit tvar stonků a listů, aby byly odolnější vůči vysokým teplotám. To platí také pro řeřichu thaleovou (Arabidopsis thaliana), kterou mnozí biologové rostlin považují za svůj oblíbený model rostliny. V chladných podmínkách jsou tyto rostliny kompaktní a mají listy blízko země. Když teploty stoupají, zaujímají otevřenější postoj. Listy se například stanou vzpřímenějšími. To výrazně snižuje přímé sluneční záření. Kromě toho se stonky listů natáhnou, což umožní většímu větru procházet listy a odvádět teplo.
Požadované a nechtěné protahování
Přesto u plodin a (řezaných) květin je tento druh roztahování často nežádoucí. Pěstitelé chtějí tyto změny kontrolovat, protože roztahování může narušit kvalitu produktu. "Ale zároveň je nutná adaptace, aby plodiny byly odolnější vůči vyšším teplotám vyplývajícím ze změny klimatu." To je potřeba k dlouhodobějšímu udržení výroby, “říká Van Zanten.
Učinit rostliny odolnější vůči klimatu
"Mnoho pěstovaných plodin ztratilo schopnost dobře reagovat na vyšší teploty," říká Van Zanten. "V různých plodinách zmizela během procesu domestikace a chovu, protože chovatelé se primárně soustředili na jiné vlastnosti."
Se změnou klimatu, která zvyšuje teploty, Van Zanten říká, že roste potřeba zvýšit odolnost rostlin vůči klimatu. "To vyžaduje znalost toho, jak se rostliny vyrovnávají s vyššími teplotami." Jak převádějí přijímané teplotní signály na růstové adaptace? Výzkum molekulárních mechanismů, jimiž se rostliny přizpůsobují suboptimální teplotě, umožňuje nástroje k úpravě architektury plodin prostřednictvím chovu. “
Molekulární mechanismus zapíná držení tepla
Rostliny řeřichy Thale, které se již nepřizpůsobují vyšším teplotám, mohou tuto schopnost znovu získat, pokud jsou vystaveny určitým chemikáliím. Zjistil to mezinárodní výzkumný tým vedený Van Zantenem. Tým testoval velké množství látek na mutantu thale řeřichy, který se již nepřizpůsobuje vysokým teplotám. Našli molekulu, která může „zapnout“ adaptaci na vysokou teplotu u mladých rostlin, a to i při nízkých teplotách.
Vědci tuto sloučeninu nazývají „Heatin“. Chemickou úpravou molekuly a následným studiem, které proteiny se mohou vázat na zahřívání, našli skupinu proteinů zvanou nitrilasy. Je známo, že identifikovaná podskupina se vyskytuje pouze u zelí a příbuzných druhů, včetně řeřichy Thale.
Spolu se společností pro šlechtění rostlin biologové zjistili, že druhy zelí skutečně reagují na zahřívání. Zjistili také, že nitrilasy jsou nutné k adaptaci na vysokou teplotu, pravděpodobně proto, že umožňují produkci známého růstového hormonu auxinu. Vědci publikovali tento objev v The Plant Journal.
Nová cesta pro adaptaci na vysoké teploty
Zveřejnění výsledků Heatin se shoduje s další publikací, dnes v Nature Communications. Tento výzkum vedli vědci z institutu VIB v Belgii, do kterého byl zapojen i Van Zanten. Tým objevil dříve nepopsaný protein, který reguluje způsob, jakým se rostliny přizpůsobují teplejšímu prostředí. Protein byl pojmenován MAP4K4/TOT3, přičemž TOT znamená cíl teploty.
Je pozoruhodné, že proces řízený TOT3 je do značné míry nezávislý na všech ostatních signálních cestách, které biologové dosud spojovali s adaptací na teplo v rostlinách. Adaptace pomocí TOT3 se navíc nezdá být závislá na množství a složení světla, které na rostlinu svítí.
Van Zanten: „V molekulárních mechanismech, ve kterých rostliny přizpůsobují růst měnícímu se světelnému složení a vysoké teplotě, dochází k velkému překrývání. S TOT3 máme nyní k dispozici faktor, pomocí kterého můžeme řídit růst za vysokých teplot, aniž bychom zasahovali do způsobu, jakým rostlina zachází se světlem. “
Široké aplikace
"Co je ještě zajímavější," říká Van Zanten, "je to, že TOT3 hraje podobnou roli v adaptaci na růst za vysokých teplot jak v řepíku, tak v pšenici." Tyto dva druhy jsou od sebe geneticky zcela odděleny. To tedy nabízí velký potenciál pro široké aplikace. “
Alternativa k inhibitorům růstu
Objevy TOT3 a úloha nitrilasů mohou v konečném důsledku pomoci pokračovat v pěstování dostatečného množství plodin, i když teploty v důsledku změny klimatu stoupají. Objevy také nabízejí příležitosti k vývoji alternativ k chemikáliím, které se nyní často používají k inhibici růstu rostlin. Van Zanten jako příklad uvádí řezané květiny, které velmi silně reagují na výkyvy teplot. V květinářství se proto používá mnoho inhibitorů růstu, aby byly rostliny pěkné a kompaktní.
"V okamžiku, kdy kupujete například tulipány, mají stále pěkný krátký stonek," říká Van Zanten. "Ale po několika dnech u vás doma začnou viset přes okraj vázy." Vyšší vnitřní teploty způsobují, že se rostliny natahují, což nakonec vede k jejich ochabnutí a ohnutí. Doufáme, že nové znalosti přispějí k výběru nových odrůd květin, které se při vysokých teplotách méně táhnou. Tímto způsobem můžeme omezit používání škodlivých inhibitorů růstu. “
Pro více informací:
Utrechtská univerzita
www.uu.nl