Vruće vrijeme slabi imunološki sustav biljaka, otkriva studija

Znanstvenici već dugo pokušavaju shvatiti zašto biljke postaju osjetljivije na bolesti kada temperatura poraste.

Dok su relevantna istraživanja u tijeku, skupina istraživača sa sveučilišta diljem svijeta tražila je načine kako obnoviti sposobnost biljaka da se obrane od patogena po vrućem vremenu.

"Biljke dobivaju puno više infekcija na visokim temperaturama jer im je razina bazalnog imuniteta niža”, rekao je Sheng-Yang He, biljni biolog sa Sveučilišta Duke koji je vodio istraživački tim. â € <"Stoga smo htjeli znati kako biljke osjećaju toplinu? I možemo li to zapravo popraviti da biljke budu otporne na toplinu?"

Korištenje električnih romobila ističe učiti, objavljen u časopisu Nature, usredotočen na Arabidopsis thaliana, skromni korov nadaleko poznat kao mjehur, koji se smatra â € <'laboratorijski rat biljaka' biljnih biologa. Arabidopsis thaliana uspijeva na rubovima cesta, otvorenim stazama i praznim parcelama i koristi se u pokusima diljem svijeta zbog svog kratkog životnog ciklusa i kratkog genoma koji se lako mijenja.

Znanstvenici su rekli da je glavni obrambeni hormon Arabidopsis thaliana salicilna kiselina, koju koriste mnoge biljke, uključujući glavne usjeve, da se odupru bolestima. Međutim, proizvodnja salicilne kiseline može biti poremećena kada temperatura poraste za nekoliko stupnjeva.

"Ekstremni vremenski uvjeti povezano s klimatske promjene utječu na mnoge aspekte biljnog i životinjskog svijeta, uključujući odgovor na zarazne bolesti”, napisali su istraživači. â € <"Proizvodnja salicilne kiseline, središnjeg obrambenog hormona biljaka, posebno je osjetljiva na suzbijanje kratkim razdobljima vrućeg vremena iznad normalnog temperaturnog raspona rasta biljke putem nepoznatog mehanizma.”

Nakon godina laboratorijskog rada, istraživači su izolirali gen CBP60g, koji može zaustaviti proizvodnju hormona salicilne kiseline u biljkama kada temperatura poraste, neutralizirajući njihov obrambeni mehanizam. Otopina je genetski zaobišla gen kako bi obnovila obranu biljke na višim temperaturama.

"Ovo je bio višegodišnji i multiinstitucionalni napor,” rekao je Christian Danve Castroverde, biolog sa Sveučilišta Wilfrid Laurier u Kanadi i koautor studije. Olive Oil Times.

"U 2013. [smo] otkrili da kratka razdoblja visoke temperature dramatično utječu na hormonsku obranu biljaka Arabidopsis protiv infekcije bakterijom zvanom Pseudomonas syringae,” dodao je. â € <"Nakon još nekoliko godina, na kraju smo uspjeli identificirati molekularnu osnovu toga kako je imunitet Arabidopsisa potisnut toplim temperaturnim uvjetima.”

Istraživači su zaobišli gen u laboratoriju dodavši a â € <'promotor.' Kratka sekvenca DNK prisiljava gen na transkripciju (kopiranje sekvence DNK u molekulu RNK), vraćajući sposobnost Arabidopsis thaliana da proizvodi hormon salicilne kiseline.

"Uključujući receptor salicilne kiseline i biosintetske gene, optimizirana ekspresija CBP60g bila je dovoljna za široku obnovu proizvodnje salicilne kiseline, bazalnog imuniteta i imuniteta izazvanog efektorom pri povišenoj temperaturi rasta bez značajnih kompromisa u rastu,” napisali su istraživači.

Tim je započeo testiranje modifikacije gena na prehrambenim usjevima kao što je uljana repica. Također planiraju eksperimentirati s više usjeva, uključujući pšenicu i krumpir. Međutim, Castroverde je rekao da je potrebna značajna količina istraživanja na terenu prije primjene popravka u velikoj mjeri.

"Mnoge biljke imaju gene slične CBP60g, a mnoge od njih imaju sposobnost stvaranja salicilne kiseline,” rekao je. â € <"Čini se da biljke već imaju oružje u svom arsenalu. Naš izazov sada je samo iskoristiti ovu moć. Što se tiče primjene u poljoprivredi, vjerujem da moramo pričekati dok ne dobijemo uspješne rezultate u pokusima na terenu.”

Unatoč tome, specifično rješenje koje je predložio istraživački tim za obnovu imunološkog sustava biljaka pretpostavlja da su potrošači spremni prihvatiti više genetske manipulacije njihovom hranom.

"As klimatske promjene se ubrzavaju, bit ćemo pod pritiskom da naučimo stvari u laboratoriju i brže ih prenesemo na teren,” rekao je Marc Nishimura, stručnjak za imunitet biljaka na Državnom sveučilištu Colorado, koji nije bio uključen u istraživanje. â € <"Ne vidim kako ćemo to učiniti bez većeg prihvaćanja genetski modificiranih biljaka.”

Drugi učiti objavili istraživači s Kineskog sveučilišta u Hong Kongu u lipnju upozoravaju da bi se prinosi usjeva mogli smanjiti za 20 posto globalno do 2050. godine zbog onečišćenja ozonom i učinaka klimatskih promjena

Unatoč njihovom uspjehu u obnavljanju obrane Arabidopsis thaliana od vrućine, istraživači su naglasili činjenicu da postoji jaz u razumijevanju kako klima koja se zagrijava utječe na učinkovitost imunološkog sustava biljke. â € <"ključna briga za buduću poljoprivrednu produktivnost, očuvanje ekosustava i pojavu novih pandemija biljnih bolesti.”

Međutim, dodali su da njihovi rezultati ukazuju na to da će usjevi u budućnosti postati otporniji.

"Uspjeli smo učiniti imunološki sustav cijele biljke snažnijim na visokim temperaturama,” rekao je He, biljni biolog iz Dukea. â € <"Ako to vrijedi i za usjeve, to je stvarno velika stvar jer tada imamo vrlo moćno oružje.”

• Wired
• Zemlja