گیاهان بسیار کشیده هستند و خم می شوند تا به هر یک از برگ هایشان نور خورشید دسترسی پیدا کند. با وجود مشاهده این پدیده برای قرن ها، دانشمندان به طور کامل آن را درک نمی کنند. اکنون دانشمندان موسسه Salk کشف کردهاند که دو عامل گیاهی - پروتئین PIF7 و هورمون رشد اکسین - محرکهایی هستند که وقتی گیاهان در سایه هستند و همزمان در معرض دمای بالا قرار میگیرند، رشد را تسریع میکنند. وب سایت رسمی موسسه.
این یافتهها که در 29 آگوست 2022 در مجله Nature Communications منتشر شد، به دانشمندان کمک میکند تا پیشبینی کنند که گیاهان چگونه به تغییرات آبوهوایی واکنش نشان میدهند و علیرغم آسیب گرمایش جهانی به محصولات زراعی، عملکرد را افزایش میدهند.
پروفسور جوآن چوری، نویسنده ارشد، مدیر مولکولی گیاهی موسسه سالک میگوید: «در حال حاضر، ما در حال رشد محصولات با تراکم خاصی هستیم، اما نتایج ما نشان میدهد که برای بهینهسازی رشد گیاهان با تغییرات آب و هوایی، باید این تراکم را کاهش دهیم. و آزمایشگاه بیولوژی سلولی و هاوارد، محقق در موسسه پزشکی هیوز. درک اساس مولکولی نحوه واکنش گیاهان به نور و دما به ما این امکان را می دهد که تراکم کاشت را برای تولید بهترین محصول تنظیم کنیم.
در طول جوانه زنی، نهال ها به سرعت ساقه های خود را دراز می کنند تا از خاک عبور کنند و در سریع ترین زمان ممکن نور خورشید را جذب کنند. به طور معمول، ساقه پس از قرار گرفتن در معرض نور خورشید رشد خود را کند می کند. اما اگر گیاه برای نور خورشید با گیاهان اطراف رقابت کند یا در پاسخ به افزایش دما، فاصله بین زمین داغ و برگهای گیاه را افزایش دهد، ساقه میتواند دوباره به سرعت دراز شود. در حالی که هر دو شرایط محیطی - سایه و درجه حرارت بالا - رشد ساقه را تحریک می کنند، آنها همچنین عملکرد را کاهش می دهند.
در این مطالعه، دانشمندان گیاهانی را که همزمان در سایه و دمای گرم رشد میکردند مقایسه کردند - شرایطی که تراکم کاشت بالا و تغییرات آب و هوایی را تقلید میکنند. دانشمندان از گیاه مدل Arabidopsis thaliana و همچنین گوجه فرنگی و یکی از خویشاوندان نزدیک تنباکو استفاده کردند، زیرا آنها علاقه مند بودند ببینند که آیا هر سه گونه گیاهی به یک اندازه تحت تأثیر این شرایط محیطی قرار دارند یا خیر.
در هر سه گونه، تیم محققان دریافتند که گیاهان زمانی که به طور همزمان سعی کردند از سایه ایجاد شده توسط گیاهان همسایه خودداری کنند و در معرض دمای بالاتر قرار گرفتند، به شدت رشد کردند. در سطح مولکولی، محققان دریافتند که فاکتور رونویسی PIF7، پروتئینی که به روشن و خاموش شدن ژن ها کمک می کند، به افزایش رشد کمک می کند. آنها همچنین دریافتند که سطوح اکسین، یک هورمون رشد، هنگامی که گیاهان گیاهان همسایه را پیدا میکنند، افزایش مییابد که در پاسخ به دمای بالاتر همزمان باعث رشد میشوند. این مسیر هم افزایی PIF7-auxin به گیاهان اجازه می دهد تا به محیط خود پاسخ دهند و در جستجوی بهترین شرایط رشد سازگار شوند.
یک فاکتور رونویسی مرتبط، PIF4 نیز باعث افزایش طول ساقه در دماهای بالا شد. با این حال، با ترکیبی از سایه و درجه حرارت بالا، این عامل دیگر نقش مهمی ایفا نمی کند.
یوگف بورکو، نویسنده اول این مطالعه، پژوهشگر موسسه سالک و دانشیار موسسه سالک، میگوید: «ما شگفت زده شدیم که متوجه شدیم PIF4 نقش مهمی بازی نمیکند، زیرا مطالعات قبلی اهمیت این عامل را در موقعیتهای رشد مرتبط نشان دادهاند. سازمان تحقیقات کشاورزی در موسسه آتشفشان های اسرائیل. این واقعیت که PIF7 محرک رشد غالب این گیاه است یک شگفتی واقعی بود. با این دانش جدید، ما امیدواریم که بتوانیم واکنش رشد محصولات مختلف را تنظیم کنیم تا به آنها کمک کنیم تا با تغییرات آب و هوایی سازگار شوند.
محققان معتقدند عامل دیگری هنوز کشف نشده است که اثر PIF7 و اکسین را تقویت می کند. آنها امیدوارند این عامل ناشناخته را در مطالعات آینده بررسی کنند. آزمایشگاه برکو همچنین چگونگی بهینه سازی این مسیر را در محصولات کشاورزی مطالعه خواهد کرد.
چوری، یکی از رهبران ابتکار استفاده از گیاه سالک و هاوارد اچ و مریم آر. نیومن، رئیس زیستشناسی گیاهی، میگوید: «دمای جهانی در حال افزایش است، بنابراین ما به محصولات غذایی نیاز داریم که بتوانند در این شرایط جدید رشد کنند. ما عوامل کلیدی را شناسایی کردهایم که رشد گیاهان را در دماهای بالا تنظیم میکنند، که به ما کمک میکند محصولات مولدتری برای تغذیه نسلهای آینده پرورش دهیم.»