Vruće vrijeme slabi imunološki sustav biljaka, pokazuje studija

Znanstvenici već dugo pokušavaju razumjeti zašto biljke postaju podložnije bolestima kada temperature porastu.

Dok su relevantna istraživanja u tijeku, skupina istraživača s univerziteta diljem svijeta potražila je načine za obnovu sposobnosti biljaka da se u vrućem vremenu brane od patogena.

Kako se klimatske promjene ubrzavaju, bit ćemo pod pritiskom da brže prenosimo ono što naučimo u laboratoriju na terenu. Ne vidim kako ćemo to postići bez veće prihvaćenosti genetski modificiranih biljaka. – Marc Nishimura, istraživač imunosti biljaka, Državno sveučilište Colorado

"Biljke dobivaju mnogo više infekcija na toplim temperaturama jer im je smanjen razina osnovne imunosti", rekao je Sheng-Yang He, biolog biljaka sa Sveučilišta Duke koji je vodio istraživački tim. "Stoga smo željeli znati, kako biljke osjećaju toplinu? I možemo li to doista popraviti kako bismo biljke učinili otpornima na toplinu?"

Studija, objavljena u časopisu Nature, usredotočila se na Arabidopsis thaliana, neupadljivu korovnicu široko poznatu kao mišje-uho, koju biljni biolozi smatraju "laboratorijskim štakorom među biljkama". Arabidopsis thaliana uspijeva uz ceste, na otvorenim stazama i na zapuštenim zemljištima te se koristi u eksperimentima diljem svijeta zbog svog kratkog životnog ciklusa i kratkog, lako modificiranog genoma.

Vidi također: Istraživanje reakcija biljaka na stresne čimbenike okoliša ključno za održivu poljoprivredu

Znanstvenici su rekli da je glavni obrambeni hormon Arabidopsis thaliana salicilna kiselina, koju mnoge biljke, uključujući i glavne usjeve, koriste za otpor prema bolestima. Međutim, proizvodnja salicilne kiseline može biti poremećena kada temperature porastu za nekoliko stupnjeva.

"Ekstremni vremenski uvjeti povezani s klimatskim promjenama utječu na mnoge aspekte života biljaka i životinja, uključujući i odgovor na zarazne bolesti", napisali su istraživači. "Proizvodnja salicilne kiseline, ključnog hormona obrane biljaka, posebno je osjetljiva na suzbijanje tijekom kratkih razdoblja vrućeg vremena iznad uobičajenog temperaturnog raspona za rast biljaka, i to nepoznatim mehanizmom."

Nakon godina laboratorijskog rada, istraživači su izolirali gen CBP60g, koji može spriječiti proizvodnju hormona salicilne kiseline u biljkama kada temperature porastu, čime se neutralizira njihov obrambeni mehanizam. Rješenje je genetski zaobišlo taj gen kako bi se obnovila obrana biljke na višim temperaturama.

"Ovo je bio višegodišnji i međuinstitucijski napor", rekao je za Olive Oil Times Christian Danve Castroverde, biolog sa Sveučilišta Wilfrid Laurier u Kanadi i koautor studije.

"Godine 2013. otkrili smo da kratki periodi visoke temperature dramatično utječu na hormonsku obranu biljaka Arabidopsis protiv infekcije bakterijom pod nazivom Pseudomonas syringae", dodao je. "Nakon još nekoliko godina, naposljetku smo uspjeli identificirati molekularnu osnovu načina na koji se imunitet Arabidopsis suzbija uvjetima toplih temperatura."

Istraživači su u laboratoriju zaobišli gen dodavanjem "promotora". Kratki DNK niz prisiljava gen na transkripciju (kopiranje DNK niza u RNK molekulu), čime se obnavlja sposobnost Arabidopsis thaliana da proizvodi hormon salicilnu kiselinu.

"Uključujući receptor za salicilnu kiselinu i biosintetske gene, optimizirana ekspresija CBP60g bila je dovoljna za široko obnavljanje proizvodnje salicilne kiseline, bazalnog imuniteta i efektor-potečenog imuniteta na povišenoj temperaturi rasta bez značajnih kompromisa u rastu", napisali su istraživači.

Vidi također: Istraživači nastoje identificirati sorte maslina najbolje prilagođene višim temperaturama

Tim je započeo testiranje genetske modifikacije na prehrambenim kulturama poput uljane repice. Također planiraju eksperimentirati s više kultura, uključujući pšenicu i krumpir. Međutim, Castroverde je rekao da je potrebno značajno poljsko istraživanje prije primjene tog rješenja u velikoj mjeri.

"Mnoge biljke imaju gene slične CBP60g, a mnoge od njih imaju sposobnost stvaranja salicilne kiseline", rekao je. "Čini se da biljke već imaju oružje u svom arsenalu. Naš je sadašnji izazov samo iskoristiti tu moć. Što se tiče poljoprivredne primjene, vjerujem da moramo pričekati dok ne postignemo uspješne rezultate u terenskim ispitivanjima."

Ipak, specifično rješenje koje je istraživački tim predložio za obnavljanje imunološkog sustava biljaka pretpostavlja da su potrošači spremni prihvatiti veću genetsku manipulaciju svojom hranom.

"Kako se klimatske promjene ubrzavaju, bit ćemo pod pritiskom da brže naučimo stvari u laboratoriju i prenesemo ih na terenu", rekao je Marc Nishimura, stručnjak za imunitet biljaka sa Sveučilišta Colorado State, koji nije sudjelovao u istraživanju. "Ne vidim kako ćemo to učiniti bez veće prihvaćenosti genetski modificiranih biljaka."

Druga studija, koju su u lipnju objavili istraživači s Kineskog sveučilišta u Hong Kongu, upozorila je da bi se zbog ozonskog zagađenja i učinaka klimatskih promjena globalno do 2050. godine mogao smanjiti prinos usjeva za 20 posto

Unatoč njihovom uspjehu u obnavljanju obrane Arabidopsis thaliana od topline, istraživači su naglasili činjenicu da je jaz u razumijevanju načina na koji se zagrijavanje klime odražava na učinkovitost imunološkog sustava biljaka "ključna briga za buduću poljoprivrednu produktivnost, očuvanje ekosustava i pojavu novih pandemija biljnih bolesti."

Međutim, dodali su da njihovi rezultati ukazuju na to da će usjevi u budućnosti postati otporniji.

"Uspjeli smo učiniti cijeli biljni imunološki sustav otpornijim na visokim temperaturama", rekao je He, biologinja biljaka s Dukea. "Ako je to istina i za usjeve, to je zaista velika stvar jer onda imamo vrlo moćno oružje."

• Wired
• Zemlja

---