Planten zijn zeer langwerpig en buigen om toegang van zonlicht tot elk van hun bladeren mogelijk te maken. Ondanks dat we dit fenomeen al eeuwenlang observeren, begrijpen wetenschappers het niet volledig. Nu hebben wetenschappers van het Salk Institute ontdekt dat twee plantfactoren - het eiwit PIF7 en het groeihormoon auxine - triggers zijn die de groei versnellen wanneer planten in de schaduw staan en tegelijkertijd worden blootgesteld aan hoge temperaturen. officiële website van het Instituut.
De bevindingen, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications op 29 augustus 2022, zullen wetenschappers helpen voorspellen hoe planten zullen reageren op klimaatverandering en de opbrengsten zullen verhogen, ondanks de schadelijke gevolgen van de opwarming van de aarde voor gewassen.
"Op dit moment telen we gewassen met een bepaalde dichtheid, maar onze resultaten geven aan dat we die dichtheid moeten verlagen om de plantengroei te optimaliseren als het klimaat verandert", zegt senior auteur professor Joanne Chory, directeur van de Plant Molecular van het Salk Institute. en Cell Biology Laboratory en Howard, onderzoeker aan het Hughes Medical Institute. "Als we de moleculaire basis begrijpen van hoe planten reageren op licht en temperatuur, kunnen we de plantdichtheid nauwkeurig afstemmen om de beste opbrengsten te produceren."
Tijdens het ontkiemen verlengen zaailingen hun stengels snel om door de grond te breken en zonlicht zo snel mogelijk op te vangen. Normaal gesproken vertraagt de stengel zijn groei na blootstelling aan zonlicht. Maar de stengel kan snel weer strekken als de plant concurreert met omringende planten om zonlicht of de afstand tussen de hete grond en de bladeren van de plant vergroot als reactie op stijgende temperaturen. Hoewel beide omgevingsomstandigheden - schaduw en hoge temperaturen - de stengelgroei stimuleren, verminderen ze ook de opbrengst.
In deze studie vergeleken de wetenschappers planten die tegelijkertijd in de schaduw groeien en warme temperaturen - omstandigheden die hoge plantdichtheden en klimaatverandering nabootsen. De wetenschappers gebruikten de modelplant Arabidopsis thaliana, evenals de tomaat en een naaste verwant van tabak, omdat ze geïnteresseerd waren om te zien of alle drie de plantensoorten in gelijke mate werden beïnvloed door deze omgevingsomstandigheden.
Bij alle drie de soorten ontdekte het team van onderzoekers dat de planten extreem lang werden toen ze tegelijkertijd probeerden de schaduw van naburige planten te vermijden en werden blootgesteld aan hogere temperaturen. Op moleculair niveau ontdekten de onderzoekers dat de PIF7-transcriptiefactor, een eiwit dat helpt genen aan en uit te zetten, de groei hielp stimuleren. Ze ontdekten ook dat de niveaus van auxine, een groeihormoon, toenamen wanneer gewassen naburige planten vonden, wat de groei bevorderde als reactie op gelijktijdige hogere temperaturen. Dankzij deze synergetische PIF7-auxineroute konden planten reageren op hun omgeving en zich aanpassen op zoek naar de beste groeiomstandigheden.
Een verwante transcriptiefactor, PIF4, stimuleerde ook stengelverlenging bij hoge temperaturen. Bij een combinatie van schaduw en hoge temperaturen speelde deze factor echter geen belangrijke rol meer.
"We waren verrast om te ontdekken dat PIF4 geen belangrijke rol speelt, omdat eerdere studies het belang van deze factor in gerelateerde groeisituaties hebben aangetoond", zegt hoofdonderzoeker Yogev Burko, een research fellow aan het Salk Institute en een universitair hoofddocent aan de Organisatie voor Landbouwkundig Onderzoek bij het Israel Volcanoes Institute. “Het feit dat PIF7 de dominante groeimotor voor deze fabriek is, was een echte verrassing. Met deze nieuwe kennis hopen we de groeirespons van verschillende gewassen te verfijnen om ze te helpen zich aan te passen aan klimaatverandering.”
De onderzoekers denken dat er nog een andere factor ontdekt moet worden die het effect van PIF7 en auxine versterkt. Ze hopen deze onbekende factor in toekomstige studies te onderzoeken. Berko's lab gaat ook onderzoeken hoe deze route in gewassen kan worden geoptimaliseerd.
"De wereldwijde temperaturen stijgen, dus we hebben voedselgewassen nodig die in deze nieuwe omstandigheden kunnen groeien", zegt Chori, co-leider van het Salk Plant Use Initiative en Howard H. en Maryam R. Newman Chair of Plant Biology. "We hebben de belangrijkste factoren geïdentificeerd die de plantengroei bij hoge temperaturen reguleren, wat ons zal helpen productievere gewassen te telen om toekomstige generaties te voeden."