Planter er svært langstrakte og bøyer seg for å gi tilgang til sollys til hvert av bladene deres. Til tross for å ha observert dette fenomenet i århundrer, forstår ikke forskere det fullt ut. Nå har forskere ved Salk Institute oppdaget at to plantefaktorer – proteinet PIF7 og veksthormonet auxin – er triggere som fremskynder veksten når plantene er i skyggen og utsettes for høye temperaturer samtidig. instituttets offisielle nettside.
Funnene, publisert i tidsskriftet Nature Communications 29. august 2022, vil hjelpe forskere å forutsi hvordan planter vil reagere på klimaendringer og øke avlingene til tross for global oppvarming som skader avlinger.
"Akkurat nå dyrker vi avlinger med en viss tetthet, men resultatene våre indikerer at vi må senke den tettheten for å optimalisere planteveksten når klimaendringer," sier seniorforfatter professor Joanne Chory, direktør for Salk Institute's Plant Molecular og Cell Biology Laboratory og Howard, forsker ved Hughes Medical Institute. "Å forstå det molekylære grunnlaget for hvordan planter reagerer på lys og temperatur, vil tillate oss å finjustere plantetettheten for å produsere de beste avlingene."
Under spiring forlenger frøplanter raskt stilkene for å bryte gjennom jorden og fange sollys så raskt som mulig. Normalt bremser stilken veksten etter eksponering for sollys. Men stilken kan fort forlenges igjen hvis planten konkurrerer med omkringliggende planter om sollys eller øker avstanden mellom den varme bakken og plantens blader som svar på stigende temperaturer. Mens både miljøforhold - skyggelegging og høye temperaturer - stimulerer stilkvekst, reduserer de også avlingene.
I denne studien sammenlignet forskerne planter som vokser i skyggen og varme temperaturer på samme tid - forhold som etterligner høy plantetetthet og klimaendringer. Forskerne brukte modellplanten Arabidopsis thaliana, samt tomaten og en nær slektning av tobakk, fordi de var interessert i å se om alle tre planteartene var like påvirket av disse miljøforholdene.
I alle tre artene fant forskerne ut at plantene ble ekstremt høye når de samtidig prøvde å unngå skyggen skapt av naboplanter og ble utsatt for høyere temperaturer. På molekylært nivå fant forskerne at PIF7-transkripsjonsfaktoren, et protein som hjelper til med å slå gener på og av, bidro til å øke veksten. De fant også at nivåene av auxin, et veksthormon, økte når avlinger fant naboplanter, noe som fremmet vekst som respons på samtidige høyere temperaturer. Denne synergistiske PIF7-auxin-banen tillot planter å reagere på miljøet og tilpasse seg på jakt etter de beste vekstforholdene.
En relatert transkripsjonsfaktor, PIF4, stimulerte også stammeforlengelse ved høye temperaturer. Men med en kombinasjon av skygge og forhøyede temperaturer spilte denne faktoren ikke lenger en viktig rolle.
"Vi ble overrasket over å finne at PIF4 ikke spiller en viktig rolle fordi tidligere studier har vist viktigheten av denne faktoren i relaterte vekstsituasjoner," sier førsteforfatter Yogev Burko, en stipendiat ved Salk Institute og en førsteamanuensis ved Organisasjon for landbruksforskning ved Israel Volcanoes Institute. "Det faktum at PIF7 er den dominerende vekstdriveren for denne planten var en virkelig overraskelse. Med denne nye kunnskapen håper vi å finjustere vekstresponsen til ulike avlinger for å hjelpe dem med å tilpasse seg klimaendringer.»
Forskerne mener det er en annen faktor som ennå ikke er oppdaget som forsterker effekten av PIF7 og auxin. De håper å utforske denne ukjente faktoren i fremtidige studier. Berkos laboratorium vil også studere hvordan denne banen kan optimaliseres i avlinger.
"Globale temperaturer øker, så vi trenger matvekster som kan vokse under disse nye forholdene," sier Chori, medleder for Salk Plant Use Initiative og Howard H. og Maryam R. Newman, styreleder for plantebiologi. "Vi har identifisert nøkkelfaktorene som regulerer plantevekst ved høye temperaturer, noe som vil hjelpe oss å dyrke mer produktive avlinger for å mate fremtidige generasjoner."