Vroče vreme oslabi imunski sistem rastlin, ugotavlja študija

Znanstveniki že dolgo poskušajo razumeti, zakaj postanejo rastline bolj občutljive na bolezni, ko se temperature dvignejo.

Medtem ko ustrezne raziskave potekajo, je skupina raziskovalcev z univerz po vsem svetu iskala načine, kako obnoviti sposobnost rastlin za obrambo pred patogeni v vročem vremenu.

"Rastline prejmejo veliko več okužb pri visokih temperaturah, ker je njihova bazalna imunost nižja,« je povedal Sheng-Yang He, rastlinski biolog z univerze Duke, ki je vodil raziskovalno skupino. ​,war"Zato smo želeli vedeti, kako rastline občutijo toploto? In ali lahko to dejansko popravimo, da bodo rastline odporne na vročino?«

O študija, objavljeno v reviji Nature, se je osredotočalo na Arabidopsis thaliana, skromen plevel, ki je splošno znan kot kreša iz mišjega ušesa, ki velja za ​,war"laboratorijska podgana rastlin« rastlinskih biologov. Arabidopsis thaliana uspeva na cestah, odprtih poteh in prostih parcelah in se uporablja v poskusih po vsem svetu zaradi kratkega življenjskega cikla in kratkega genoma, ki ga je enostavno spremeniti.

Znanstveniki so povedali, da je glavni obrambni hormon Arabidopsis thaliana salicilna kislina, ki jo uporabljajo številne rastline, vključno z večjimi pridelki, da se uprejo boleznim. Nastajanje salicilne kisline pa je lahko moteno, ko se temperature dvignejo za nekaj stopinj.

"Ekstremne vremenske razmere povezan z sprememba podnebja vplivajo na številne vidike življenja rastlin in živali, vključno z odzivom na nalezljive bolezni,« so zapisali raziskovalci. ​,war"Proizvodnja salicilne kisline, osrednjega obrambnega hormona rastlin, je še posebej občutljiva na zatiranje s kratkimi obdobji vročega vremena nad običajnim temperaturnim območjem rasti rastlin prek neznanega mehanizma.

Po letih laboratorijskega dela so raziskovalci izolirali gen CBP60g, ki lahko zadrži proizvodnjo hormona salicilne kisline v rastlinah, ko se temperature dvignejo, in nevtralizira njihov obrambni mehanizem. Raztopina je genetsko zaobšla gen in obnovila obrambo rastline pri višjih temperaturah.

"To je bilo večletno in večinstitucionalno prizadevanje,« je povedal Christian Danve Castroverde, biolog na univerzi Wilfrid Laurier v Kanadi in soavtor študije. Olive Oil Times.

"Leta 2013 [smo] odkrili, da kratka obdobja visoke temperature močno vplivajo na hormonsko obrambo rastlin Arabidopsis pred okužbo z bakterijo, imenovano Pseudomonas syringae,« je dodal. ​,war"Po nadaljnjih nekaj letih nam je končno uspelo identificirati molekularno osnovo, kako odpornost na Arabidopsis zavirajo topli temperaturni pogoji.«

Raziskovalci so gen v laboratoriju zaobšli z dodajanjem a ​,war"promotor.' Kratko zaporedje DNK prisili gen k prepisovanju (kopiranju zaporedja DNK v molekulo RNK), s čimer se obnovi sposobnost Arabidopsis thaliana za proizvodnjo hormona salicilne kisline.

"Vključno z receptorjem za salicilno kislino in biosintetskimi geni je optimizirana ekspresija CBP60g zadostovala za splošno obnovitev proizvodnje salicilne kisline, bazalne imunosti in imunosti, ki jo sproži efektor, pri povišani temperaturi rasti brez pomembnih kompromisov pri rasti,« so zapisali raziskovalci.

Ekipa je začela testirati gensko modifikacijo na živilskih rastlinah, kot je ogrščica. Prav tako nameravajo poskusiti z več pridelki, vključno s pšenico in krompirjem. Vendar je Castroverde dejal, da je pred uporabo popravka v velikem obsegu potrebna precejšnja količina terenskih raziskav.

"Številne rastline imajo gene, podobne CBP60g, in veliko jih ima sposobnost izdelave salicilne kisline,« je dejal. ​,war"Videti je, da imajo rastline že orožje v svojem arzenalu. Naš izziv zdaj je samo izkoriščanje te moči. Kar zadeva aplikacije v kmetijstvu, menim, da moramo počakati, dokler ne bomo dosegli uspešnih rezultatov v poljskih poskusih.«

Kljub temu posebna rešitev, ki jo predlaga raziskovalna skupina za obnovitev imunskega sistema rastlin, predpostavlja, da so potrošniki pripravljeni sprejeti več genetske manipulacije s svojo hrano.

"As podnebne spremembe se pospešijo, bomo pod pritiskom, da se stvari naučimo v laboratoriju in jih hitreje prenesemo na teren,« je dejal Marc Nishimura, strokovnjak za imunost rastlin na univerzi Colorado State, ki ni sodeloval pri raziskavi. ​,war"Ne razumem, kako bomo to storili brez večjega sprejemanja gensko spremenjenih rastlin.«

Še ena študija junija objavili raziskovalci s kitajske univerze v Hongkongu, opozorilo, da bi se lahko do leta 20 pridelek zmanjšal za 2050 odstotkov po vsem svetu zaradi onesnaženosti z ozonom in učinkov podnebnih sprememb.

Kljub uspehu pri ponovni vzpostavitvi obrambe Arabidopsis thaliana pred vročino so raziskovalci poudarili dejstvo, da je vrzel v razumevanju, kako segrevanje podnebja vpliva na učinkovitost rastlinskega imunskega sistema. ​,war"ključna skrb za prihodnjo kmetijsko produktivnost, ohranjanje ekosistemov in pojav novih pandemij rastlinskih bolezni.«

Vendar pa so dodali, da njihovi rezultati kažejo, da bodo pridelki v prihodnosti postali bolj odporni.

"Celoten imunski sistem rastline smo lahko naredili bolj robusten pri visokih temperaturah,« je povedal He, rastlinski biolog iz Dukea. ​,war"Če to velja tudi za poljščine, je to res velika stvar, saj imamo potem zelo močno orožje.«

• Wired
• Zemlja