İki yayında, Utrecht biyologları ve uluslararası meslektaşları, bitkilerin sıcaklığa uyum sağlamak için kullandıkları süreçleri anlatıyor. Keşifler, bitkilerin optimal olmayan yüksek sıcaklıklarda nasıl en iyi şekilde çalıştığına dair içgörüler sağlıyor. Ayrıca, bitkilerin büyümesini kontrol etmek ve onları küresel ısınmaya karşı daha dirençli hale getirmek için bir sıçrama tahtası sağlayabilir. Araştırmacılar sonuçlarını The Plant Journal ve Nature Communications'da yayınlıyor.
Çölde kutup ayıları
Yine de birçok bitki türü, daha yüksek sıcaklıklarla başa çıkmanın yollarını geliştirmiştir. Utrecht Üniversitesi'ne bağlı ve her iki yayına da katkıda bulunan araştırmacı Martijn van Zanten, "Hayvanların aksine, birçok bitki vücut şeklini sıcaklığa ve diğer çevresel faktörlere göre uyarlayabilir" diyor. “Hayvanlar tamamen farklı bir hikaye. Basitçe söylemek gerekirse, çöle bir kutup ayısı yerleştirirseniz, yine de kalın kürk mantolu bir kutup ayısı gibi görünecektir. Ancak bir bitki daha sıcak koşullarda yetişirse, vücut şeklini buna göre ayarlayacaktır. Bu şekilde tesis, bu daha az elverişli koşullar altında en iyi şekilde çalışmaya çalışır.”
Kompakttan açık bitki formuna
Birçok bitki türü, gövdelerinin ve yapraklarının şeklini, yüksek sıcaklıklara karşı daha dayanıklı hale getirmek için uyarlayabilir. Bu aynı zamanda birçok bitki biyoloğu tarafından en sevdikleri bitki modeli olarak kabul edilen tala (Arabidopsis thaliana) için de geçerlidir. Soğuk koşullarda, bu bitkiler kompakttır ve yaprakları yere yakındır. Sıcaklıklar yükseldiğinde, daha açık bir duruş alırlar. Örneğin yapraklar daha dik hale gelir. Bu, güneşten gelen doğrudan radyasyonu büyük ölçüde azaltır. Ek olarak, yaprak sapları esneyecek ve yapraklardan daha fazla rüzgar geçmesine ve ısının dağılmasına izin verecektir.
İstenen ve istenmeyen germe
Ancak ekinlerde ve (kesilmiş) çiçeklerde bu tür germe genellikle istenmeyen bir durumdur. Yetiştiriciler, gerdirme ürün kalitesini engelleyebileceğinden bu değişiklikleri kontrol etmek ister. “Fakat aynı zamanda, iklim değişikliğinden kaynaklanan yüksek sıcaklıklara karşı ekinleri daha dayanıklı hale getirmek için adaptasyon gerekiyor. Van Zanten, üretimi daha uzun vadede sürdürmek için buna ihtiyaç olduğunu söylüyor.
Bitkileri iklime daha dayanıklı hale getirmek
Van Zanten, "Birçok ekili ürün, daha yüksek sıcaklıklara iyi tepki verme yeteneğini kaybetti" diyor. "Çeşitli mahsullerde, yetiştiriciler öncelikle diğer özelliklere odaklandığından, evcilleştirme ve üreme sürecinde ortadan kayboldu."
İklim değişikliğinin sıcaklıkları artırmasıyla Van Zanten, bitkileri iklime daha dayanıklı hale getirme ihtiyacının arttığını söylüyor. "Bu, bitkilerin daha yüksek sıcaklıklarla nasıl başa çıktığı hakkında bilgi gerektirir. Aldıkları sıcaklık sinyallerini büyüme adaptasyonlarına nasıl dönüştürüyorlar? Bitkilerin optimal olmayan sıcaklığa uyum sağladığı moleküler mekanizmaları araştırmak, araçların üreme yoluyla mahsullerin mimarisini ayarlamasına olanak tanır.”
Moleküler mekanizma, ısı duruşunu açar
Artık daha yüksek sıcaklıklara uyum sağlayamayan Thale tere bitkileri, belirli kimyasallara maruz kaldığında bu yeteneğini geri kazanabilir. Bu, Van Zanten liderliğindeki uluslararası bir araştırma ekibi tarafından keşfedildi. Ekip, artık yüksek sıcaklıklara uyum sağlamayan bir tere mutantı üzerinde çok sayıda maddeyi test etti. Düşük sıcaklıklarda bile genç bitkilerde yüksek sıcaklığa adaptasyonu 'açabilen' bir molekül buldular.
Araştırmacılar bu bileşiğe 'Isıtma' diyorlar. Molekülü kimyasal olarak değiştirerek ve ardından hangi proteinlerin ısıtmaya bağlanabileceğini inceleyerek, nitrilazlar adı verilen bir grup protein buldular. Tanımlanan alt grubun sadece lahanalarda ve teresi dahil olmak üzere ilgili türlerde meydana geldiği bilinmektedir.
Bir bitki yetiştirme şirketiyle birlikte biyologlar, gerçekten de lahana türlerinin ısınmaya tepki verdiğini keşfettiler. Ayrıca nitrilazların yüksek sıcaklığa adaptasyon için gerekli olduğunu keşfettiler, çünkü bunlar muhtemelen iyi bilinen büyüme hormonu oksin üretimini mümkün kılıyor. Araştırmacılar bu keşfi The Plant Journal'da yayınladılar.
Yüksek sıcaklık adaptasyonu için yeni yol
Heatin sonuçlarının yayınlanması, bugün Nature Communications'da yayınlanan başka bir yayınla çakışıyor. Bu araştırma, Van Zanten'in de dahil olduğu Belçika'daki VIB enstitüsünden bilim adamları tarafından yönetildi. Ekip, bitkilerin daha sıcak bir ortama uyum sağlama şeklini düzenleyen daha önce tanımlanmamış bir protein keşfetti. Protein, TOT, Sıcaklık Hedefi anlamına gelen MAP4K4/TOT3 olarak adlandırıldı.
Dikkat çekici bir şekilde, TOT3 güdümlü süreç, biyologların şimdiye kadar bitkilerde sıcaklık adaptasyonu ile ilişkilendirdiği diğer tüm sinyal yollarından büyük ölçüde bağımsızdır. Ayrıca, TOT3 tarafından yapılan uyarlamalar, bir bitki üzerinde parlayan ışığın miktarına ve bileşimine bağlı görünmüyor.
Van Zanten: “Bitkilerin büyümeyi değişen ışık bileşimine ve yüksek sıcaklığa adapte ettiği moleküler mekanizmalarda çok fazla örtüşme var. TOT3 ile artık, bitkinin ışıkla uğraşma biçimine müdahale etmeden, yüksek sıcaklıklarda büyümeyi kontrol edebileceğimiz bir faktöre sahibiz."
Geniş uygulamalar
Van Zanten, "Bunu daha da ilginç kılan şey, TOT3'ün hem tere hem de buğdayda yüksek sıcaklık altında büyüme adaptasyonunda benzer bir rol oynamasıdır. Bu iki tür genetik olarak birbirinden oldukça farklıdır. Bu, geniş uygulamalar için büyük bir potansiyel sunuyor.”
Büyüme inhibitörlerine alternatif
Sonuç olarak, TOT3'ün keşifleri ve nitrilazların rolü, iklim değişikliği nedeniyle sıcaklıklar yükseldiğinde bile yeterli mahsul yetiştirmeye devam etmeye yardımcı olabilir. Keşifler ayrıca, bitki büyümesini engellemek için sıklıkla kullanılan kimyasallara alternatifler geliştirme fırsatları da sunuyor. Örnek olarak Van Zanten, sıcaklık dalgalanmalarına çok güçlü tepki veren kesme çiçeklerden bahseder. Bu nedenle çiçekçilikte, bitkileri güzel ve kompakt tutmak için birçok büyüme inhibitörü kullanılır.
Van Zanten, "Örneğin, laleleri satın aldığınız anda hala güzel bir kısa sapları var" diyor. “Ama evinizde birkaç gün geçirdikten sonra vazonun kenarından sarkmaya başlıyorlar. Daha yüksek iç ortam sıcaklıkları, bitkilerin gerilmesine ve sonunda onların gevşemesine ve bükülmesine neden olur. Yeni bilginin, yüksek sıcaklıklarda daha az esneyen yeni çiçek çeşitlerinin seçimine katkıda bulunacağını umuyoruz. Bu şekilde zararlı büyüme inhibitörlerinin kullanımını azaltabiliriz.”
Daha fazla bilgi için:
Utrecht Üniversitesi
www.uu.nl