Planter er meget aflange, bøjede for at give adgang for sollys til hvert af deres blade. På trods af at have observeret dette fænomen i århundreder, forstår videnskabsmænd det ikke fuldt ud. Nu har forskere ved Salk Institute opdaget, at to plantefaktorer - proteinet PIF7 og væksthormonet auxin - er triggere, der fremskynder væksten, når planterne er i skyggen og udsættes for høje temperaturer på samme tid. instituttets officielle hjemmeside.
Resultaterne, offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications den 29. august 2022, vil hjælpe forskere med at forudsige, hvordan planter vil reagere på klimaændringer og øge udbyttet på trods af, at global opvarmning skader afgrøder.
"Lige nu dyrker vi afgrøder med en vis tæthed, men vores resultater indikerer, at vi bliver nødt til at sænke densiteten for at optimere plantevæksten i takt med klimaændringer," siger seniorforfatter professor Joanne Chory, direktør for Salk Institute's Plant Molecular og Cell Biology Laboratory og Howard, forsker ved Hughes Medical Institute. "Ved at forstå det molekylære grundlag for, hvordan planter reagerer på lys og temperatur, vil vi kunne finjustere plantetætheden for at producere det bedste udbytte."
Under spiring forlænger frøplanter hurtigt deres stængler for at bryde gennem jorden og fange sollys så hurtigt som muligt. Normalt bremser stænglen sin vækst efter udsættelse for sollys. Men stilken kan hurtigt forlænges igen, hvis planten konkurrerer med omgivende planter om sollys eller øger afstanden mellem den varme jord og plantens blade som reaktion på stigende temperaturer. Mens både miljøforhold - skygge og høje temperaturer - stimulerer stængelvækst, reducerer de også udbyttet.
I denne undersøgelse sammenlignede forskerne planter, der voksede i skygge og varme temperaturer på samme tid - forhold, der efterligner høj plantetæthed og klimaændringer. Forskerne brugte modelplanten Arabidopsis thaliana samt tomaten og en nær slægtning til tobak, fordi de var interesserede i at se, om alle tre plantearter var ligeligt påvirket af disse miljøforhold.
Hos alle tre arter fandt forskerholdet ud af, at planterne blev ekstremt høje, når de samtidig forsøgte at undgå den skygge, der blev skabt af naboplanter og blev udsat for højere temperaturer. På molekylært niveau fandt forskerne ud af, at PIF7-transkriptionsfaktoren, et protein, der hjælper med at tænde og slukke for gener, hjalp med at øge væksten. De fandt også ud af, at niveauet af auxin, et væksthormon, steg, når afgrøder fandt naboplanter, hvilket fremmede vækst som reaktion på samtidige højere temperaturer. Denne synergistiske PIF7-auxin-vej tillod planter at reagere på deres miljø og tilpasse sig i jagten på de bedste vækstbetingelser.
En relateret transkriptionsfaktor, PIF4, stimulerede også stammeforlængelse ved høje temperaturer. Men med en kombination af skygge og forhøjede temperaturer spillede denne faktor ikke længere en vigtig rolle.
"Vi var overraskede over at finde ud af, at PIF4 ikke spiller en vigtig rolle, fordi tidligere undersøgelser har vist vigtigheden af denne faktor i relaterede vækstsituationer," siger undersøgelsens første forfatter Yogev Burko, en forskningsstipendiat ved Salk Institute og en lektor ved Organisation for Agricultural Research ved Israel Volcanoes Institute. "Det faktum, at PIF7 er den dominerende vækstdriver for denne plante, var en sand overraskelse. Med denne nye viden håber vi at finjustere vækstresponsen for forskellige afgrøder for at hjælpe dem med at tilpasse sig klimaændringer."
Forskerne mener, at der er endnu en faktor, der endnu ikke er opdaget, som forstærker effekten af PIF7 og auxin. De håber at udforske denne ukendte faktor i fremtidige undersøgelser. Berkos laboratorium vil også undersøge, hvordan denne vej kan optimeres i afgrøder.
"De globale temperaturer stiger, så vi har brug for fødevareafgrøder, der kan vokse under disse nye forhold," siger Chori, medleder af Salk Plant Use Initiative og Howard H. og Maryam R. Newman, formand for Plantebiologi. "Vi har identificeret de nøglefaktorer, der regulerer plantevækst ved høje temperaturer, hvilket vil hjælpe os med at dyrke mere produktive afgrøder til at brødføde fremtidige generationer."