ორ პუბლიკაციაში უტრეხტის ბიოლოგები და საერთაშორისო კოლეგები აღწერენ პროცესებს, რომლებსაც მცენარეები იყენებენ სითბოსთან ადაპტაციისთვის. აღმოჩენები გვაწვდის ინფორმაციას იმის შესახებ, თუ როგორ ფუნქციონირებენ მცენარეები ოპტიმალურად არაოპტიმალური მაღალი ტემპერატურის პირობებში. მას ასევე შეუძლია შექმნას ნაბიჯი მცენარეთა ზრდის კონტროლისა და გლობალური დათბობის მიმართ უფრო გამძლეობისკენ. მკვლევარები თავიანთ შედეგებს აქვეყნებენ The Plant Journal და Nature Communications-ში.
პოლარული დათვები უდაბნოში
მიუხედავად ამისა, მცენარეთა ბევრმა სახეობამ შეიმუშავა გზები, რათა გაუმკლავდეს მაღალ ტემპერატურას. „ცხოველებისგან განსხვავებით, ბევრ მცენარეს შეუძლია სხეულის ფორმის ადაპტაცია სითბოსა და სხვა გარემო ფაქტორების საპასუხოდ“, — ამბობს მკვლევარი მარტიინ ვან ზანტენი, რომელიც უტრეხტის უნივერსიტეტთან არის დაკავშირებული და ორივე პუბლიკაციაში მონაწილეობს. „ცხოველები სულ სხვა ამბავია. მარტივად რომ ვთქვათ, თუ პოლარული დათვი უდაბნოში მოათავსებთ, ის მაინც დაემსგავსება პოლარული დათვს სქელი ბეწვის ქურთუკით. მაგრამ თუ მცენარე იზრდება თბილ პირობებში, ის შესაბამისად მოერგება სხეულის ფორმას. ამგვარად, მცენარე ცდილობს ოპტიმალურად იმუშაოს ამ ნაკლებად ხელსაყრელ პირობებში“.
კომპაქტურიდან ღია მცენარეულ ფორმამდე
მცენარეთა ბევრ სახეობას შეუძლია შეცვალოს მათი ღეროებისა და ფოთლების ფორმა, რათა უფრო მდგრადი იყოს მაღალი ტემპერატურის მიმართ. ეს ასევე ეხება თალის კრესს (Arabidopsis thaliana), რომელსაც მრავალი მცენარის ბიოლოგი მიიჩნევს მათ საყვარელ მცენარის მოდელად. ცივ პირობებში ეს მცენარეები კომპაქტურია და ფოთლები მიწასთან ახლოს აქვთ. როდესაც ტემპერატურა იზრდება, ისინი უფრო ღია პოზას იკავებენ. მაგალითად, ფოთლები უფრო თავდაყირა ხდება. ეს მნიშვნელოვნად ამცირებს მზის პირდაპირ გამოსხივებას. გარდა ამისა, ფოთლის ყუნწები გაიჭიმება, რაც უფრო მეტ ქარს აძლევს საშუალებას, გაიაროს ფოთლები და გაანადგუროს სითბო.
სასურველი და არასასურველი გაჭიმვა
მიუხედავად ამისა, ნათესებში და (მოჭრილ) ყვავილებში, ასეთი გაჭიმვა ხშირად არასასურველია. მწარმოებლებს სურთ გააკონტროლონ ეს ცვლილებები, რადგან გაჭიმვამ შეიძლება შეაფერხოს პროდუქტის ხარისხი. ”მაგრამ ამავდროულად, ადაპტაცია აუცილებელია იმისათვის, რომ კულტურები უფრო მდგრადი იყოს კლიმატის ცვლილების შედეგად გამოწვეული მაღალი ტემპერატურის მიმართ. ეს საჭიროა გრძელვადიან პერსპექტივაში წარმოების შესანარჩუნებლად“, - ამბობს ვან ზანტენი.
მცენარეების კლიმატისადმი უფრო ტოლერანტული
„ბევრმა კულტურულმა კულტურამ დაკარგა მაღალ ტემპერატურაზე კარგად რეაგირების უნარი“, - ამბობს ვან ზანტენი. ”სხვადასხვა კულტურებში ის გაქრა მოშინაურებისა და გამრავლების პროცესში, რადგან სელექციონერები ძირითადად სხვა მახასიათებლებზე აკეთებდნენ ყურადღებას.”
როდესაც კლიმატის ცვლილება იწვევს ტემპერატურას, ვან ზანტენი ამბობს, რომ მზარდი საჭიროებაა მცენარეები უფრო კლიმატისადმი ტოლერანტული გახდეს. „ეს მოითხოვს ცოდნას, თუ როგორ უმკლავდებიან მცენარეები მაღალ ტემპერატურას. როგორ გარდაქმნიან მათ მიერ მიღებულ ტემპერატურულ სიგნალებს ზრდის ადაპტაციად? მოლეკულური მექანიზმების კვლევა, რომლითაც მცენარეები ადაპტირებენ არაოპტიმალურ ტემპერატურასთან, საშუალებას აძლევს ინსტრუმენტებს შეცვალონ კულტურების არქიტექტურა მეცხოველეობის გზით.
მოლეკულური მექანიზმი ჩართავს სითბოს პოზას
თალეს კრესის მცენარეები, რომლებიც აღარ ეგუებიან მაღალ ტემპერატურას, შეუძლიათ აღიდგინონ ეს უნარი გარკვეული ქიმიკატების ზემოქმედებისას. ეს აღმოაჩინა საერთაშორისო კვლევითმა ჯგუფმა ვან ზანტენის ხელმძღვანელობით. ჯგუფმა გამოსცადა ნივთიერებების დიდი რაოდენობა თალე კრესის მუტანტზე, რომელიც აღარ ეგუება მაღალ ტემპერატურას. მათ აღმოაჩინეს მოლეკულა, რომელსაც შეუძლია ახალგაზრდა მცენარეების მაღალ ტემპერატურაზე ადაპტაციის „ჩართვა“, თუნდაც დაბალ ტემპერატურაზე.
მკვლევარები ამ ნაერთს "სითბოს" უწოდებენ. მოლეკულის ქიმიურად მოდიფიცირებით და შემდეგ იმის შესწავლით, თუ რომელ პროტეინებს შეუძლიათ გათბობასთან დაკავშირება, მათ აღმოაჩინეს ცილების ჯგუფი, რომელსაც ნიტრილაზები ჰქვია. ცნობილია, რომ იდენტიფიცირებული ქვეჯგუფი გვხვდება მხოლოდ კომბოსტოს და მასთან დაკავშირებულ სახეობებში, მათ შორის თალე კრესში.
მცენარეთა მეცხოველეობის კომპანიასთან ერთად, ბიოლოგებმა აღმოაჩინეს, რომ კომბოსტოს სახეობები ნამდვილად რეაგირებენ გათბობაზე. მათ ასევე აღმოაჩინეს, რომ ნიტრილაზები საჭიროა მაღალ ტემპერატურასთან ადაპტაციისთვის, ალბათ იმიტომ, რომ ისინი ხელს უწყობენ ცნობილი ზრდის ჰორმონის აუქსინის გამომუშავებას. მკვლევარებმა ეს აღმოჩენა გამოაქვეყნეს The Plant Journal-ში.
ახალი გზა მაღალი ტემპერატურის ადაპტაციისთვის
Heatin-ის შედეგების გამოქვეყნება ემთხვევა სხვა პუბლიკაციას, დღეს Nature Communications-ში. ამ კვლევას ხელმძღვანელობდნენ ბელგიის VIB ინსტიტუტის მეცნიერები, რომელშიც ასევე მონაწილეობდა ვან ზანტენი. ჯგუფმა აღმოაჩინა ადრე აუხსნელი ცილა, რომელიც არეგულირებს მცენარეების ადაპტაციას თბილ გარემოსთან. პროტეინს ეწოდა MAP4K4/TOT3, TOT ნიშნავს ტემპერატურის სამიზნეს.
აღსანიშნავია, რომ TOT3-ზე ორიენტირებული პროცესი დიდწილად დამოუკიდებელია ყველა სხვა სასიგნალო გზისგან, რომელსაც ბიოლოგები აქამდე უკავშირებდნენ მცენარეებში სითბოს ადაპტაციას. გარდა ამისა, TOT3-ის ადაპტაცია, როგორც ჩანს, არ არის დამოკიდებული მცენარის შუქის რაოდენობასა და შემადგენლობაზე.
ვან ზანტენი: „მოლეკულურ მექანიზმებში დიდი გადახურვაა, რომლითაც მცენარეები ადაპტირებენ ზრდას სინათლის შემადგენლობის ცვალებადობასა და მაღალ ტემპერატურაზე. TOT3-ით, ჩვენ ახლა გვაქვს ფაქტორი, რომლითაც შეგვიძლია ვაკონტროლოთ ზრდა მაღალ ტემპერატურაზე, მცენარეთა სინათლეზე ჩარევის გარეშე.
ფართო აპლიკაციები
„რაც მას კიდევ უფრო საინტერესოს ხდის, - ამბობს ვან ზანტენი, - ის არის, რომ TOT3 მსგავს როლს თამაშობს ზრდის ადაპტაციაში მაღალი ტემპერატურის პირობებში, როგორც თალის კრემში, ასევე ხორბალში. ეს ორი სახეობა გენეტიკურად საკმაოდ დაშორებულია ერთმანეთისგან. ასე რომ, ეს გთავაზობთ დიდ პოტენციალს ფართო აპლიკაციებისთვის. ”
ზრდის ინჰიბიტორების ალტერნატივა
საბოლოო ჯამში, TOT3-ის აღმოჩენებმა და ნიტრილაზების როლმა შეიძლება ხელი შეუწყოს საკმარისი კულტურების ზრდას, მაშინაც კი, როდესაც ტემპერატურა იზრდება კლიმატის ცვლილების გამო. აღმოჩენები ასევე გვთავაზობს ქიმიკატების ალტერნატივების შემუშავების შესაძლებლობას, რომლებიც ახლა ხშირად გამოიყენება მცენარის ზრდის შესაჩერებლად. მაგალითად, ვან ზანტენი ახსენებს მოჭრილ ყვავილებს, რომლებიც ძალიან მკაცრად რეაგირებენ ტემპერატურის მერყეობაზე. ამიტომ, მეყვავილეობაში, მრავალი ზრდის ინჰიბიტორი გამოიყენება მცენარეების სასიამოვნო და კომპაქტური შესანარჩუნებლად.
„მაგალითად, ტიტების ყიდვის მომენტში, მათ ჯერ კიდევ აქვთ ლამაზი მოკლე ღერო“, - ამბობს ვან ზანტენი. ”მაგრამ თქვენს სახლში რამდენიმე დღის შემდეგ, ისინი იწყებენ ჩამოკიდებას ვაზის კიდეზე. უფრო მაღალი შიდა ტემპერატურა იწვევს მცენარეების დაჭიმვას, რაც საბოლოოდ იწვევს მათ კოჭლობას და მოხრას. ვიმედოვნებთ, რომ ახალი ცოდნა ხელს შეუწყობს ახალი ყვავილის ჯიშების შერჩევას, რომლებიც ნაკლებად იჭიმება მაღალ ტემპერატურაზე. ამ გზით ჩვენ შეგვიძლია შევამციროთ მავნე ზრდის ინჰიბიტორების გამოყენება“.
დამატებითი ინფორმაციისათვის:
უტრეხტის უნივერსიტეტი
www.uu.nl