Kako temperature rastu zbog globalnog zatopljenja, raste i potreba za zaštitom biljaka od stresnih uvjeta. Stres je čimbenik koji može uzrokovati gubitak prinosa. Općenito, stres ima negativan utjecaj na ekonomiku proizvodnje. Konzorcij znanstvenika predvođenih Sveučilištem Warwick u Velikoj Britaniji, uspješno je identificirao dva proteina koji štite usjeve od stresa. To je ključno za uspješnu i sigurnu proizvodnju hrane.
Na plodnost biljaka dramatično utječu temperaturni vrhunci i skokovi. To pak izravno rezultira smanjenjem prinosa i ekonomskim gubicima. Razumijevanje molekularnih mehanizama koji su „nosači“ plodnosti biljaka u uvjetima okolišnih ograničenja je ključno za zaštitu proizvodnje hrane.
Molekularni mehanizmi zaštite
U studiji pod nazivom „Mehanizam za nadzor transpozona koji štiti plodnost biljaka tijekom stresa“ Sveučilište Warwick proučavalo je molekularne mehanizme koje biljke kukuruza koriste za zaštitu plodnosti od visokih temperatura. Identificiralo je dva proteina, slična argonaut (AGO) proteinima, koji štite muške spolne stanice.
Podvrgavanjem biljaka kukuruza s nefunkcionalnim AGO proteinima različitim uvjetima rasta, istraživači su otkrili da povećanje temperature okoline od 5°C dramatično smanjuje plodnost muških dijelova biljaka.
Koristeći multidisciplinarni pristup, tim je otkrio da više temperature aktiviraju male dijelove ribonukleinske kiseline (ili male RNA) u biljkama divljeg tipa. One se vežu na spomenute AGO proteine u svrhu kontroliranja aktivnosti skačućih gena aktiviranih stresom. Tj. dijelova DNK koji se mogu kopirati u različite dijelove genoma. Stoga, ako AGO proteini kontroliraju aktivnost gena štite ujedno i plodnost biljaka.
Istraživači su u biti otkrili da kada su biljke pod stresom od visokih temperatura, one aktiviraju mehanizam nadzora u obliku malih RNA te argonaut proteina u reproduktivnim stanicama koje su ključne za održavanje muške plodnosti te u konačnici za preživljavanje biljaka.
Razumijevanje molekularnih mehanizama koji su uključeni u očuvanje plodnosti biljaka je ključno i za očuvanje buduće proizvodnje usjeva u nepredvidivim i stresnim klimatskim uvjetima.
Modeliranjem strukture argonaut proteina i njihovim simuliranjem na razini pojedinačnih atoma, otkriveno je kako oni mijenjaju svoj električni naboj kad su podvrgnuti toplinskom stresu, pokretanjem procesa koji vraća skačuće gene pod kontrolu.
„Biljni sat“ mogao bi biti ključ za proizvodnju većih količina hrane
U studiji koju je provelo Sveučilište u Melbourneu utvrđeno je kako biljke koriste svoj metabolizam da bi odredile vrijeme kada će rasti. Ovo bi otkriće moglo pomoći u poboljšanju uzgoja usjeva u različitim okruženjima; uključujući različita godišnja doba, različite zemljopisne širine ili čak u umjetnim okruženjima i okomitim vrtovima.
Naime, spoj po nazivom superoksid kojeg potiče saharoza utječe na amplitude dnevnog ritma u večernjim satima. Drugim rječima, biljke koriste svoj metabolizam kako bi osjetile kad je sumrak. Na taj bi način očuvale energiju proizvedenu iz sunčeve svjetlosti tijekom dana.
Biljke ne spavaju kao što to rade ljudi. Njihov metabolizam se prilagođava tijekom noći. To radi kako bi sačuvao energiju za dan koji je pred njima kad proizvode vlastitu hranu koristeći energiju sunčeve svjetlosti ili fotosintezu.
Određivanje tajminga ovog dnevnog ciklusa metabolizma stvarno je važno jer ako on nije ispravno pogođen, rast i preživljavanje su izravno ugroženi . Biljke moraju predvidjeti samu duljinu noći kako bi imale dovoljno energije do izlaska sunca; to bi bilo nešto kao da postave budilicu na potrebno vrijeme.
Nakupljanje šećera proizvedenog fotosintezom daje biljci važne informacije o količini šećera koji je proizveden ujutro. Šalje signale o onome što je poznato kao cirkadijalni sat, da prilagodi svoj tempo.
Sada je otkriveno da drugačiji metabolički signal, nazvan superoksid, djeluje u sumrak. On mijenja aktivnost gena cirkadijalnog sata u večernjim satima. Također je otkriveno da ovaj signal utječe na rast biljaka. Smatra se da ovaj signal biljci pruža informacije o metaboličkoj aktivnost u doba zalaska sunca.
Istraživači se nadaju da će ova studija biti od neprocjenjive važnosti za proizvodnju većih količina hrane u svijetu. Dok nastojimo proizvesti veće količine hrane za rastuću globalnu populaciju koja je suočena s klimatskim promjenama, možda ćemo morati uzgajati usjeve u različitim okruženjima kao što su različita godišnja doba, različite geografske širine ili čak u umjetnim okruženjima kao što su vertikalni vrtovi.
Razumijevanje načina na koji biljke optimiziraju ritmove metabolizma moglo bi nam omogućiti da fino namjestimo njihove cirkadijalne satove. Sve kako bi odgovarali navedenim uvjetima i maksimizirali buduće prinose.
