Tumbuhan sangat memanjang, membongkok untuk membolehkan akses cahaya matahari ke setiap daunnya. Walaupun memerhati fenomena ini selama berabad-abad, saintis tidak memahaminya sepenuhnya. Kini saintis di Institut Salk telah menemui bahawa dua faktor tumbuhan - protein PIF7 dan hormon pertumbuhan auksin - adalah pencetus yang mempercepatkan pertumbuhan apabila tumbuhan berada di bawah naungan dan terdedah kepada suhu tinggi pada masa yang sama. laman web rasmi Institut.
Penemuan yang diterbitkan dalam jurnal Nature Communications pada 29 Ogos 2022, akan membantu saintis meramalkan bagaimana tumbuhan akan bertindak balas terhadap perubahan iklim dan meningkatkan hasil walaupun pemanasan global merosakkan tanaman.
"Pada masa ini, kami menanam tanaman pada ketumpatan tertentu, tetapi keputusan kami menunjukkan bahawa kami perlu menurunkan ketumpatan itu untuk mengoptimumkan pertumbuhan tumbuhan semasa perubahan iklim, " kata pengarang kanan Profesor Joanne Chory, pengarah Molekul Tumbuhan Institut Salk dan Makmal Biologi Sel dan Howard, penyelidik di Institut Perubatan Hughes. "Memahami asas molekul tentang cara tumbuhan bertindak balas terhadap cahaya dan suhu akan membolehkan kami memperhalusi ketumpatan penanaman untuk menghasilkan hasil yang terbaik."
Semasa percambahan, anak benih dengan cepat memanjangkan batangnya untuk menembusi tanah dan menangkap cahaya matahari secepat mungkin. Biasanya, batang melambatkan pertumbuhannya selepas terdedah kepada cahaya matahari. Tetapi batang boleh cepat memanjang semula jika tumbuhan bersaing dengan tumbuhan di sekeliling untuk mendapatkan cahaya matahari atau meningkatkan jarak antara tanah panas dan daun tumbuhan sebagai tindak balas kepada peningkatan suhu. Walaupun kedua-dua keadaan persekitaran - teduhan dan suhu tinggi - merangsang pertumbuhan batang, ia juga mengurangkan hasil.
Dalam kajian ini, saintis membandingkan tumbuhan yang tumbuh di bawah naungan dan suhu hangat pada masa yang sama - keadaan yang meniru kepadatan penanaman yang tinggi dan perubahan iklim. Para saintis menggunakan tumbuhan model Arabidopsis thaliana, serta tomato dan saudara terdekat tembakau, kerana mereka berminat untuk melihat sama ada ketiga-tiga spesies tumbuhan itu sama-sama terjejas oleh keadaan persekitaran ini.
Dalam ketiga-tiga spesies, pasukan penyelidik mendapati bahawa tumbuhan itu tumbuh sangat tinggi apabila mereka secara serentak cuba mengelakkan naungan yang dicipta oleh tumbuhan jiran dan terdedah kepada suhu yang lebih tinggi. Di peringkat molekul, para penyelidik mendapati bahawa faktor transkripsi PIF7, protein yang membantu menghidupkan dan mematikan gen, membantu meningkatkan pertumbuhan. Mereka juga mendapati bahawa tahap auksin, hormon pertumbuhan, meningkat apabila tanaman menemui tumbuhan jiran, yang menggalakkan pertumbuhan sebagai tindak balas kepada suhu yang lebih tinggi secara serentak. Laluan PIF7-auxin sinergistik ini membolehkan tumbuhan bertindak balas terhadap persekitaran mereka dan menyesuaikan diri dalam mencari keadaan pertumbuhan terbaik.
Faktor transkripsi yang berkaitan, PIF4, juga merangsang pemanjangan batang pada suhu tinggi. Walau bagaimanapun, dengan gabungan teduhan dan suhu tinggi, faktor ini tidak lagi memainkan peranan penting.
"Kami terkejut apabila mendapati bahawa PIF4 tidak memainkan peranan penting kerana kajian terdahulu telah menunjukkan kepentingan faktor ini dalam situasi pertumbuhan yang berkaitan, " kata pengarang pertama kajian Yogev Burko, seorang penyelidik di Institut Salk dan seorang profesor bersekutu di Pertubuhan Penyelidikan Pertanian di Institut Gunung Berapi Israel. “Hakikat bahawa PIF7 adalah pemacu pertumbuhan yang dominan untuk loji ini adalah satu kejutan yang nyata. Dengan pengetahuan baharu ini, kami berharap dapat memperhalusi tindak balas pertumbuhan pelbagai tanaman untuk membantu mereka menyesuaikan diri dengan perubahan iklim.”
Para penyelidik percaya terdapat satu lagi faktor yang belum ditemui yang menguatkan kesan PIF7 dan auksin. Mereka berharap untuk meneroka faktor yang tidak diketahui ini dalam kajian masa depan. Makmal Berko juga akan mengkaji bagaimana laluan ini boleh dioptimumkan dalam tanaman.
"Suhu global semakin meningkat, jadi kami memerlukan tanaman makanan yang boleh tumbuh dalam keadaan baharu ini," kata Chori, ketua bersama Inisiatif Penggunaan Salk Plant dan Howard H. dan Maryam R. Newman Pengerusi Biologi Tumbuhan. "Kami telah mengenal pasti faktor utama yang mengawal pertumbuhan tumbuhan pada suhu tinggi, yang akan membantu kami menanam tanaman yang lebih produktif untuk memberi makan kepada generasi akan datang."