Μελέτη αποκαλύπτει ότι ο καύσωνας αποδυναμώνει το ανοσοποιητικό σύστημα των φυτών
Υπάρχει αβεβαιότητα μεταξύ των επιστημόνων σε όλο τον κόσμο σχετικά με το γιατί οι αμυντικοί μηχανισμοί των φυτών έναντι των παθογόνων εξασθενούν με την αύξηση της θερμοκρασίας. Ωστόσο, η λύση μπορεί να βρίσκεται στη γενετική.
Οι επιστήμονες προσπαθούν εδώ και καιρό να κατανοήσουν γιατί τα φυτά γίνονται πιο ευάλωτα στις ασθένειες όταν αυξάνονται οι θερμοκρασίες.
Ενώ η σχετική έρευνα βρίσκεται σε εξέλιξη, μια ομάδα ερευνητών από πανεπιστήμια σε όλο τον κόσμο αναζήτησε τρόπους για να αποκαταστήσει την ικανότητα των φυτών να αμύνονται έναντι των παθογόνων σε συνθήκες υψηλών θερμοκρασιών.
Καθώς η κλιματική αλλαγή επιταχύνεται, θα βρεθούμε υπό πίεση να μάθουμε πράγματα στο εργαστήριο και να τα μεταφέρουμε στο πεδίο πιο γρήγορα. Δεν βλέπω πώς θα το κάνουμε αυτό χωρίς μεγαλύτερη αποδοχή των γενετικά τροποποιημένων φυτών.
«Τα φυτά προσβάλλονται πολύ περισσότερο από λοιμώξεις σε υψηλές θερμοκρασίες, επειδή το επίπεδο της βασικής τους ανοσίας είναι μειωμένο», δήλωσε ο Sheng-Yang He, βιολόγος φυτών στο Πανεπιστήμιο Duke, ο οποίος ηγήθηκε της ερευνητικής ομάδας. «Γι' αυτό θέλαμε να μάθουμε: πώς αισθάνονται τα φυτά τη ζέστη; Και μπορούμε πραγματικά να το διορθώσουμε ώστε να κάνουμε τα φυτά ανθεκτικά στη ζέστη;»
Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Nature, επικεντρώθηκε στο Arabidopsis thaliana, ένα απλό ζιζάνιο ευρέως γνωστό ως «κάρδαμο», το οποίο θεωρείται από τους βιολόγους φυτών ως το «πειραματόζωο των φυτών». Το Arabidopsis thaliana ευδοκιμεί σε παρυφές δρόμων, ανοιχτά μονοπάτια και εγκαταλελειμμένα οικόπεδα και χρησιμοποιείται σε πειράματα παγκοσμίως λόγω του σύντομου κύκλου ζωής του και του μικρού και εύκολα τροποποιήσιμου γονιδιώματός του.
Δείτε επίσης: Η μελέτη των αντιδράσεων των φυτών στους περιβαλλοντικούς παράγοντες στρες είναι το κλειδί για τη βιώσιμη γεωργίαΟι επιστήμονες ανέφεραν ότι η κύρια ορμόνη άμυνας του Arabidopsis thaliana είναι το σαλικυλικό οξύ, το οποίο χρησιμοποιείται από πολλά φυτά, συμπεριλαμβανομένων των κύριων καλλιεργειών, για την αντίσταση στις ασθένειες. Ωστόσο, η παραγωγή σαλικυλικού οξέος μπορεί να διαταραχθεί όταν οι θερμοκρασίες αυξηθούν κατά μερικούς βαθμούς.
«Οι ακραίες καιρικές συνθήκες που συνδέονται με την κλιματική αλλαγή επηρεάζουν πολλές πτυχές της ζωής των φυτών και των ζώων, συμπεριλαμβανομένης της αντίδρασης σε μολυσματικές ασθένειες», έγραψαν οι ερευνητές. «Η παραγωγή σαλικυλικού οξέος, μιας κεντρικής ορμόνης άμυνας των φυτών, είναι ιδιαίτερα ευάλωτη στην καταστολή από σύντομες περιόδους ζέστης πάνω από το κανονικό εύρος θερμοκρασίας ανάπτυξης των φυτών μέσω ενός άγνωστου μηχανισμού.»
Μετά από χρόνια εργαστηριακής έρευνας, οι ερευνητές απομόνωσαν το γονίδιο CBP60g, το οποίο μπορεί να αναστείλει την παραγωγή της ορμόνης σαλικυλικού οξέος στα φυτά όταν αυξάνονται οι θερμοκρασίες, εξουδετερώνοντας τον αμυντικό τους μηχανισμό. Η λύση παρακάμπτει γενετικά το γονίδιο για να αποκαταστήσει την άμυνα του φυτού σε υψηλότερες θερμοκρασίες.
«Αυτή ήταν μια πολυετής και πολυθεσμική προσπάθεια», δήλωσε ο Christian Danve Castroverde, βιολόγος στο Πανεπιστήμιο Wilfrid Laurier του Καναδά και συν-συγγραφέας της μελέτης, στην Olive Oil Times.
«Το 2013, [εμείς] ανακαλύψαμε ότι σύντομες περιόδους υψηλής θερμοκρασίας επηρεάζουν δραματικά τις ορμονικές άμυνες των φυτών Arabidopsis ενάντια στη μόλυνση από ένα βακτήριο που ονομάζεται Pseudomonas syringae», πρόσθεσε. «Μετά από αρκετά ακόμη χρόνια, τελικά καταφέραμε να προσδιορίσουμε τη μοριακή βάση του τρόπου με τον οποίο η ανοσία του Arabidopsis καταστέλλεται από συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας.»
Οι ερευνητές παρακάμψαν το γονίδιο στο εργαστήριο προσθέτοντας έναν «προαγωγό». Η σύντομη αλληλουχία DNA αναγκάζει το γονίδιο να μεταγραφεί (να αντιγράψει την αλληλουχία DNA σε ένα μόριο RNA), αποκαθιστώντας την ικανότητα του Arabidopsis thaliana να παράγει την ορμόνη σαλικυλικό οξύ.
«Συμπεριλαμβανομένου του υποδοχέα σαλικυλικού οξέος και των γονιδίων βιοσύνθεσης, η βελτιστοποιημένη έκφραση του CBP60g ήταν επαρκής για να αποκαταστήσει σε μεγάλο βαθμό την παραγωγή σαλικυλικού οξέος, τη βασική ανοσία και την ανοσία που ενεργοποιείται από ενεργοποιητές σε αυξημένη θερμοκρασία ανάπτυξης χωρίς σημαντικές επιπτώσεις στην ανάπτυξη», έγραψαν οι ερευνητές.
Δείτε επίσης: Ερευνητές εργάζονται για τον εντοπισμό των ποικιλιών ελιάς που προσαρμόζονται καλύτερα στις υψηλότερες θερμοκρασίεςΗ ομάδα έχει ξεκινήσει να δοκιμάζει τη γονιδιακή τροποποίηση σε καλλιέργειες τροφίμων, όπως η ελαιοκράμβη. Σχεδιάζουν επίσης να πειραματιστούν με περισσότερες καλλιέργειες, συμπεριλαμβανομένου του σιταριού και των πατατών. Ωστόσο, ο Castroverde δήλωσε ότι απαιτείται σημαντική ποσότητα έρευνας πεδίου πριν από την εφαρμογή της λύσης σε μεγάλη κλίμακα.
«Πολλά φυτά έχουν γονίδια παρόμοια με το CBP60g και πολλά από αυτά έχουν την ικανότητα να παράγουν σαλικυλικό οξύ», είπε. «Φαίνεται ότι τα φυτά διαθέτουν ήδη ένα όπλο στο οπλοστάσιό τους. Η πρόκληση που αντιμετωπίζουμε τώρα είναι απλώς να αξιοποιήσουμε αυτή τη δύναμη. Όσον αφορά τις γεωργικές εφαρμογές, πιστεύω ότι πρέπει να περιμένουμε μέχρι να έχουμε επιτυχημένα αποτελέσματα στις δοκιμές πεδίου».
Παρ' όλα αυτά, η συγκεκριμένη λύση που προτείνει η ερευνητική ομάδα για την αποκατάσταση του ανοσοποιητικού συστήματος των φυτών προϋποθέτει ότι οι καταναλωτές είναι έτοιμοι να αποδεχθούν περισσότερη γενετική τροποποίηση στα τρόφιμά τους.
«Καθώς η κλιματική αλλαγή επιταχύνεται, θα βρεθούμε υπό πίεση να μάθουμε πράγματα στο εργαστήριο και να τα μεταφέρουμε στο πεδίο πιο γρήγορα», δήλωσε ο Marc Nishimura, ειδικός στην ανοσία των φυτών στο Πανεπιστήμιο του Κολοράντο, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα. «Δεν βλέπω πώς θα το κάνουμε αυτό χωρίς μεγαλύτερη αποδοχή των γενετικά τροποποιημένων φυτών».
Μια άλλη μελέτη που δημοσιεύθηκε από ερευνητές του Κινεζικού Πανεπιστημίου του Χονγκ Κονγκ τον Ιούνιο προειδοποίησε ότι οι αποδόσεις των καλλιεργειών θα μπορούσαν να μειωθούν κατά 20 τοις εκατό παγκοσμίως έως το 2050 λόγω της ρύπανσης από το όζον και των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής
Παρά την επιτυχία τους στην αποκατάσταση της άμυνας του Arabidopsis thaliana έναντι της θερμότητας, οι ερευνητές τόνισαν το γεγονός ότι το κενό στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η αύξηση της θερμοκρασίας του κλίματος επηρεάζει την αποτελεσματικότητα του ανοσοποιητικού συστήματος των φυτών αποτελεί «βασικό λόγο ανησυχίας για τη μελλοντική γεωργική παραγωγικότητα, τη διατήρηση του οικοσυστήματος και την εμφάνιση νέων πανδημιών φυτικών ασθενειών».
Ωστόσο, πρόσθεσαν ότι τα αποτελέσματά τους υποδηλώνουν ότι οι καλλιέργειες θα γίνουν πιο ανθεκτικές στο μέλλον.
«Καταφέραμε να κάνουμε ολόκληρο το ανοσοποιητικό σύστημα του φυτού πιο ανθεκτικό σε υψηλές θερμοκρασίες», δήλωσε ο He, ο βιολόγος φυτών από το Duke. «Αν αυτό ισχύει και για τις καλλιεργούμενες φυτικές ποικιλίες, τότε είναι πραγματικά σημαντικό, γιατί τότε θα έχουμε ένα πολύ ισχυρό όπλο».