كيف يعمل الضوء ودرجة الحرارة معًا للتأثير على نمو النبات

كيف يعمل الضوء ودرجة الحرارة معًا للتأثير على نمو النبات

قد تساعد النتائج العلماء على تطوير نباتات أكثر مرونة للمساعدة في مقاومة تغير المناخ

LA JOLLA - تطول النباتات وتنحني لتأمين الوصول إلى ضوء الشمس. على الرغم من ملاحظة هذه الظاهرة لعدة قرون ، إلا أن العلماء لا يفهمونها تمامًا. الآن ، اكتشف علماء Salk أن عاملين نباتيين - البروتين PIF7 وهرمون النمو أوكسين - هما العاملان اللذان يعملان على تسريع النمو عندما تكون النباتات مظللة بالمظلة وتتعرض لدرجات حرارة دافئة في نفس الوقت.

والنتائج التي نشرت في طبيعة الاتصالات في 29 أغسطس 2022 ، سيساعد العلماء على التنبؤ بكيفية استجابة النباتات لتغير المناخ - وزيادة إنتاجية المحاصيل على الرغم من ارتفاع درجة الحرارة العالمية الذي يضر الغلة.

"في الوقت الحالي ، نزرع المحاصيل بكثافات معينة ، لكن النتائج التي توصلنا إليها تشير إلى أننا سنحتاج إلى خفض هذه الكثافات لتحسين النمو مع تغير مناخنا" ، وفقًا لما قاله كبير المؤلفين جوان خوري، مدير مختبر سالك للبيولوجيا الجزيئية والخلوية النباتية ومحقق معهد هوارد هيوز الطبي. "إن فهم الأساس الجزيئي لكيفية استجابة النباتات للضوء ودرجة الحرارة سيسمح لنا بضبط كثافة المحاصيل بطريقة محددة تؤدي إلى أفضل المحاصيل."

أثناء الإنبات ، تطول الشتلات جذوعها بسرعة لاختراق التربة المغطاة لالتقاط أشعة الشمس بأسرع ما يمكن. عادة ، يبطئ الساق نموه بعد التعرض لأشعة الشمس. لكن الجذع يمكن أن يطول بسرعة مرة أخرى إذا كان النبات يتنافس مع النباتات المحيطة لأشعة الشمس ، أو استجابة لدرجات الحرارة الدافئة لزيادة المسافة بين الأرض الساخنة وأوراق النبات. في حين أن كلا من الظروف البيئية - الظل المظلة ودرجات الحرارة الدافئة - تحفز نمو الساق ، فإنها تقلل أيضًا من المحصول.

في هذه الدراسة ، قارن العلماء بين النباتات التي تنمو في الظل المظلي ودرجات الحرارة الدافئة في نفس الوقت - وهي حالة تحاكي كثافة المحاصيل العالية وتغير المناخ. استخدم العلماء النبات النموذجي نبات الأرابيدوبسيس thaliana، وكذلك الطماطم وأحد أقارب التبغ ، لأنهم كانوا مهتمين بمعرفة ما إذا كانت جميع أنواع النباتات الثلاثة قد تأثرت بالمثل بهذه الحالة البيئية.

عبر الأنواع الثلاثة ، وجد الفريق أن النباتات نمت طويلًا للغاية عندما حاولت في نفس الوقت تجنب الظل الناتج عن النباتات المجاورة والتعرض لدرجات حرارة أكثر دفئًا. على المستوى الجزيئي ، اكتشف الباحثون أن عامل النسخ PIF7 ، وهو بروتين يساعد في "تشغيل" الجينات و "إيقاف تشغيلها" ، كان اللاعب المسيطر الذي يقود النمو السريع المتزايد. ووجدوا أيضًا أن هرمون النمو أوكسين زاد عندما اكتشفت المحاصيل النباتات المجاورة ، مما عزز النمو استجابة لدرجات حرارة أكثر دفئًا في وقت واحد. سمح مسار PIF7-auxin التآزري للنباتات بالاستجابة لبيئاتها والتكيف مع البحث عن أفضل ظروف النمو.

عامل النسخ ذو الصلة ، PIF4 ، حفز أيضًا استطالة الساق أثناء درجات الحرارة الدافئة. ومع ذلك ، عندما تم الجمع بين الظل ودرجات الحرارة المتزايدة ، لم يعد هذا العامل يلعب دورًا مهمًا.

يقول المؤلف الأول يوجيف بوركو ، باحث في فريق Salk وأستاذ مساعد في منظمة البحوث الزراعية في معهد فولكاني في إسرائيل. "حقيقة أن PIF4 هو القوة الدافعة المهيمنة وراء نمو هذا المصنع كان مفاجأة حقيقية. من خلال هذه المعرفة الجديدة ، نأمل في ضبط استجابة النمو هذه في نباتات المحاصيل المختلفة لمساعدتها على التكيف مع تغير المناخ ".

يعتقد الباحثون أن هناك لاعبًا آخر لم يتم اكتشافه بعد ، وهو يعزز تأثير PIF7 والأوكسين. يأملون في استكشاف هذا العامل المجهول في الدراسات المستقبلية. سيدرس مختبر Burko أيضًا كيفية تحسين هذا المسار في نباتات المحاصيل.

يقول خوري ، الذي يشارك في إدارة مبادرة Salk's Harnessing Plants Initiative ويشغل كرسي Howard H. و Maryam R. "لقد حددنا العوامل الرئيسية التي تنظم نمو النبات خلال درجات الحرارة الدافئة ، والتي ستساعدنا على تطوير محاصيل ذات أداء أفضل لإطعام الأجيال القادمة."

ومن بين المؤلفين الآخرين بيورن كريستوفر ويليج وآدم سيلوزيكي من سالك. Ondřej Novák من جامعة Palacký ومعهد علم النبات التجريبي في الأكاديمية التشيكية للعلوم ؛ وكارين ليونج من الجامعة السويدية للعلوم الزراعية.

تم تمويل العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة (5R35GM122604-05_05) ، ومعهد هوارد هيوز الطبي ، ومؤسسة كنوت وأليس والنبرغ (KAW 2016.0341 و KAW 2016.0352) ، والوكالة الحكومية السويدية لأنظمة الابتكار (VINNOVA 2016-00504) ، وزمالات EMBO ( ALTF 785-2013 و ALTF 1514-2012) ، BARD (FI-488-13) ، برنامج Human Frontier Science Program (LT000222 / 2013-L) وصندوق Salk's Pioneer لما بعد الدكتوراه.

دوى: 10.1038/s41467-022-32585-6