Jak rośliny rosną w upały? Odkryto ich ukryty „termostat”
Rośliny posiadają własny system wykrywania temperatury. Dotychczas sądzono, że opiera się on na wyspecjalizowanych białkach i działa głównie po zapadnięciu zmroku. Nowe badania odkrywają jednak drugi, nieznany wcześniej roślinny „termostat” oparty na cukrach.
Spis treści:
- Jak działa system kontroli temperatury w roślinach?
- Rośliny mają dwa „termostaty”: białka i cukry
- Wielopoziomowy roślinny system rozpoznawania temperatury
Rośliny posiadają nieznany wcześniej mechanizm reagowania na temperaturę. Naukowcy odkryli, że w ciągu dnia to cukry, a nie białka, przejmują rolę „termostatu”, wspierając wzrost i adaptację do panujących warunków.
Jak działa system kontroli temperatury w roślinach?
Dotychczas uważano, że rośliny wykrywają temperaturę głównie nocą, za pomocą wyspecjalizowanych białek takich jak fitochrom B i ELF3. Nowe badania kierowane przez Meng Chena z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside (USA), opublikowane właśnie w „Nature Communications”, przynoszą nowe odkrycie.
Wykazano, że rośliny posiadają więcej niż jeden system wykrywania ciepła, a cukier (produkt fotosyntezy) odgrywa kluczową rolę w reagowaniu na temperaturę w dzień, szczególnie podczas silnego nasłonecznienia.
Naukowcy badali siewki rzodkiewnika (Arabidopsis) – gatunku często stosowanego jako tzw. organizm modelowy w laboratoriach, ze względu na niewielkie rozmiary, odporność i krótki cykl rozwojowy. Obserwowano wzrost roślinek w temperaturach od 12 do 27 ° C , w różnych warunkach świetlnych. Mierzono wydłużanie się hypokotyla, czyli pierwszego fragmentu łodygi, jaki wychyla się z kiełkującego nasienia. Hypokotyl wydłuża się pod wpływem ciepła.
Rośliny mają dwa „termostaty”: białka i cukry
Okazało się, że fitochrom B działa jako czujnik temperatury tylko przy niskim natężeniu światła. W silnym świetle jego funkcja termiczna zanikała, mimo to rośliny nadal rosły pod wpływem ciepła. To sugerowało istnienie jeszcze jednego, ukrytego mechanizmu.
Naukowcy część siewek pozbawili fitochromu B. Rośliny bez niego reagowały na ciepło tylko w obecności światła, czyli wtedy, gdy zachodziła fotosynteza. Bez niej po prostu nie rosły, nawet w cieple. Jednak po dodaniu cukru do podłoża wzrost się pojawił. To oznaczało, że cukier pełni nie tylko rolę źródła energii, ale działa także jako sygnał cieplny.
Wielopoziomowy roślinny system rozpoznawania temperatury
Eksperymentowano więc dalej. Okazało się, że temperatura aktywuje rozkład skrobi w liściach, uwalniając sacharozę. Ta stabilizuje białko PIF4 — głównego regulatora wzrostu. PIF4 by działać potrzebuje jeszcze odpowiednio wysokiej temperatury, która zatrzymuje represyjny wpływ innego białka, zwanego ELF3. Innymi słowy, PIF4 potrzebuje cukru, by przetrwać, i wyższej temperatury, by działać.
Odkrycie to ujawnia złożony, wielopoziomowy mechanizm reagowania roślin na temperaturę w ciągu dnia. Gdy światło napędza fotosyntezę i wytwarzanie cukru, rośliny równocześnie wykorzystują go jako miernik warunków otoczenia. Wraz z ociepleniem klimatu ta wiedza może znaleźć zastosowanie w rolnictwie, umożliwiając hodowlę bardziej odpornych i przewidywalnych odmian roślin.
Źródło: Nature Communications
Nasza autorka
Magdalena Rudzka
Dziennikarka „National Geographic Traveler" i „Kaleidoscope". Przez wiele lat również fotoedytorka w agencjach fotograficznych i magazynach. W National-Geographic.pl pisze przede wszystkim o przyrodzie. Lubi podróże po nieoczywistych miejscach, mięso i wino.