בשני פרסומים, ביולוגים של אוטרכט ועמיתים בינלאומיים מתארים תהליכים המשמשים צמחים להתאמה לחום. התגליות מספקות תובנות כיצד צמחים מתפקדים בצורה אופטימלית בטמפרטורות גבוהות לא אופטימליות. זה גם יכול לספק אבן דרך לשליטה בצמיחת הצמחים ולהפוך אותם לעמידים יותר בפני התחממות כדור הארץ. החוקרים מפרסמים את תוצאותיהם ב- The Plant Journal and Nature Communications.
דובי קוטב במדבר
עם זאת, מיני צמחים רבים פיתחו דרכים להתמודד עם טמפרטורות גבוהות יותר. "בניגוד לבעלי חיים, צמחים רבים יכולים להתאים את צורת גופם בתגובה לחום ולגורמים סביבתיים אחרים", אומר החוקר מרטין וואן זאנטן, המזוהה עם אוניברסיטת אוטרכט ותרם לשני הפרסומים. "בעלי חיים הם סיפור אחר לגמרי. במילים פשוטות, אם תציב דוב קוטב במדבר, הוא עדיין ייראה כמו דוב קוטב עם מעיל פרווה עבה. אך אם צמח גדל בתנאים חמים יותר, הוא יתאים את צורת גופו בהתאם. באופן זה, המפעל מנסה לתפקד בצורה מיטבית בתנאים פחות נוחים אלה. "
מצורת צמח קומפקטית לפתוחה
מיני צמחים רבים יכולים להתאים את צורת הגבעולים והעלים שלהם כדי שיהיו עמידים יותר לטמפרטורות גבוהות. זה נכון גם לגבי גרגיר תוליים (Arabidopsis thaliana), הנחשב בעיני ביולוגים רבים מהצומח כמודל הצמחים המועדף עליהם. בתנאים קרים, צמחים אלה קומפקטיים ועליהם קרובים לקרקע. כאשר הטמפרטורות עולות, הם מקבלים יציבה פתוחה יותר. עלים, למשל, הופכים זקופים יותר. זה מקטין מאוד את הקרינה הישירה מהשמש. בנוסף, גבעולי העלים יימתחו, ויאפשרו לרוח רבה יותר לעבור את העלים ולהפיג את החום.
מתיחות רצויות ולא רצויות
אולם בגידולים ובפרחים (חתוכים), סוג זה של מתיחות לרוב אינו רצוי. מגדלים רוצים לשלוט בשינויים אלה מכיוון שמתיחה יכולה לפגוע באיכות המוצר. "אך יחד עם זאת, יש צורך בהתאמה כדי להפוך את הגידולים לעמידים יותר לטמפרטורות הגבוהות יותר כתוצאה משינויי האקלים. זה נחוץ כדי לשמור על הייצור בטווח הארוך יותר ", אומר ואן זאנטן.
הפיכת צמחים לסובלניים יותר לאקלים
"גידולים מעובדים רבים איבדו את היכולת להגיב היטב לטמפרטורות גבוהות יותר", אומר ואן זנטן. "בגידולים שונים הוא נעלם במהלך הביות והגידול מכיוון שמגדלים התמקדו בעיקר בתכונות אחרות."
עם שינוי האקלים שמעלה את הטמפרטורות, ואן זנטן אומר שיש צורך גובר להפוך את הצמחים לסובלניים יותר לאקלים. "זה דורש ידע כיצד צמחים מתמודדים עם טמפרטורות גבוהות יותר. כיצד הם ממירים את אותות הטמפרטורה שהם מקבלים להתאמות גדילה? חקר המנגנונים המולקולריים שבאמצעותם צמחים מסתגלים לטמפרטורה תת אופטימלית, מאפשר כלים להתאים את ארכיטקטורת הגידולים באמצעות רבייה. "
מנגנון מולקולרי מפעיל את תנוחת החום
צמחי גרגיר תאים שלא מסתגלים עוד לטמפרטורות גבוהות יותר יכולים לחזור ליכולת זו כאשר הם נחשפים לכימיקלים מסוימים. זה התגלה על ידי צוות מחקר בינלאומי בראשותו של ואן זנטן. הצוות בדק מספר רב של חומרים על גבי מוטציה של גרגר הברזל שאינו מסתגל עוד לטמפרטורות גבוהות. הם מצאו מולקולה שיכולה 'להפעיל' את ההסתגלות לטמפרטורה גבוהה בצמחים צעירים, אפילו בטמפרטורות נמוכות.
החוקרים מכנים תרכובת זו 'Heatin'. על ידי שינוי כימי של המולקולה ואז לימוד אילו חלבונים יכולים להיקשר לחימום, הם מצאו קבוצה של חלבונים הנקראים ניטרילאזות. ידוע שתת-הקבוצה המזוהה מתרחשת רק בכרוב ובמינים הקשורים אליהם, כולל גרגיר הערמונים.
יחד עם חברת גידול צמחים, הביולוגים גילו שאכן מיני כרוב מגיבים לחימום. הם גילו גם שהניטרילאזות נדרשות להתאמה לטמפרטורה גבוהה, כנראה משום שהן מאפשרות ייצור הורמון הגדילה הידוע אוקסין. החוקרים פרסמו תגלית זו ב- The Plant Journal.
מסלול חדש להתאמה לטמפרטורה גבוהה
פרסום תוצאות Heatin עולה בקנה אחד עם פרסום אחר, היום ב- Nature Communications. מחקר זה הובל על ידי מדענים במכון VIB בבלגיה, כאשר גם ואן זאנטן היה מעורב. הצוות גילה חלבון שלא תואר בעבר, המווסת את האופן בו צמחים מסתגלים לסביבה חמה יותר. החלבון נקרא MAP4K4 / TOT3, כאשר TOT פירושו Target of Temperature.
למרבה הפלא, התהליך המונע על ידי TOT3 אינו תלוי במידה רבה בכל מסלולי האיתות האחרים שביולוגים קשרו עד כה להתאמת חום בצמחים. בנוסף, נראה כי ההתאמות של TOT3 אינן תלויות בכמות ובהרכב האור הזורח על הצמח.
ואן זנטן: "יש חפיפה רבה במנגנונים המולקולריים שבאמצעותם צמחים מתאימים את הצמיחה לתאורת האור המשתנה ולטמפרטורה הגבוהה. עם TOT3, יש לנו כעת גורם בה נוכל לשלוט בצמיחה בטמפרטורות גבוהות, מבלי להפריע לאופן שבו הצמח מתמודד עם אור. "
יישומים רחבים
"מה שהופך את זה למעניין עוד יותר", אומר ואן זנטן, "הוא ש- TOT3 ממלא תפקיד דומה בהתאמת הגדילה בטמפרטורה גבוהה גם בגרגרי הברזל וגם בחיטה. שני המינים האלה מבודדים באופן גנטי למדי זה מזה. אז זה מציע פוטנציאל גדול ליישומים רחבים. "
אלטרנטיבה למעכבי גדילה
בסופו של דבר, התגליות של TOT3 ותפקידן של ניטרילאזות יכולות לעזור בגידול מספיק יבולים, גם כאשר הטמפרטורות עולות עקב שינויי אקלים. התגליות מציעות גם הזדמנויות לפתח חלופות לכימיקלים המשמשים כיום לעכב צמיחת צמחים. כדוגמה, ואן זנטן מזכיר פרחים חתוכים, המגיבים בחריפות רבה לתנודות הטמפרטורה. בגידול הפרחים, אם כן, משתמשים במעכבי גדילה רבים בכדי לשמור על צמחים נחמדים וקומפקטיים.
"ברגע שאתה קונה צבעונים, למשל, עדיין יש להם גזע קצר ונחמד", אומר ואן זאנטן. "אבל אחרי כמה ימים בבית שלך, הם מתחילים לתלות מעל קצה האגרטל. הטמפרטורות הגבוהות יותר בתוך הבית גורמות לצמחים להימתח, ובסופו של דבר מובילים אותם לצלוע ולהתכופף. אנו מקווים כי הידע החדש יתרום לבחירת זני פרחים חדשים הנמתחים פחות בטמפרטורות גבוהות. בדרך זו אנו יכולים להפחית את השימוש במעכבי גדילה מזיקים. "
למידע נוסף:
אוניברסיטת אוטרכט
www.uu.nl