Planten worden langer en buigen om de toegang tot zonlicht te beveiligen. Ondanks dat we dit fenomeen al eeuwenlang observeren, begrijpen wetenschappers het niet volledig. Nu hebben Salk-wetenschappers ontdekt dat twee plantfactoren - het eiwit PIF7 en het groeihormoon auxine - de triggers zijn die de groei versnellen wanneer planten worden overschaduwd door een bladerdak en tegelijkertijd worden blootgesteld aan warme temperaturen.

De bevindingen, gepubliceerd in Nature Communications op 29 augustus 2022, zal wetenschappers helpen voorspellen hoe planten zullen reageren op klimaatverandering - en de productiviteit van gewassen verhogen ondanks de opbrengstverslechterende wereldwijde temperatuurstijging.

"Op dit moment telen we gewassen in bepaalde dichtheden, maar onze bevindingen geven aan dat we deze dichtheden moeten verlagen om de groei te optimaliseren naarmate ons klimaat verandert", zegt senior auteur professor Joanne Chory, directeur van Salk's Plant Molecular and Cellular Biology Laboratory en Howard. Hughes Medical Institute onderzoeker. "Als we de moleculaire basis begrijpen van hoe planten reageren op licht en temperatuur, kunnen we de gewasdichtheid op een specifieke manier afstemmen, wat leidt tot de beste opbrengsten."

Tijdens het ontkiemen verlengen zaailingen hun stengels snel om door de dekkende grond te breken en zonlicht zo snel mogelijk op te vangen. Normaal gesproken vertraagt ​​de stengel zijn groei na blootstelling aan zonlicht. Maar de stengel kan weer snel verlengen als de plant concurreert met omringende planten om zonlicht, of als reactie op warme temperaturen om de afstand tussen de hete grond en de bladeren van de plant te vergroten. Hoewel beide omgevingscondities - schaduw van het bladerdak en warme temperaturen - de stengelgroei stimuleren, verminderen ze ook de opbrengst.

In deze studie vergeleken de wetenschappers planten die in de schaduw van het bladerdak groeiden en tegelijkertijd warme temperaturen - een toestand die een hoge gewasdichtheid en klimaatverandering nabootst. De wetenschappers gebruikten de modelplant Arabidopsis thaliana, evenals tomaat en een naaste verwant van tabak, omdat ze geïnteresseerd waren om te zien of alle drie de plantensoorten op dezelfde manier werden beïnvloed door deze omgevingsconditie.

Bij alle drie de soorten ontdekte het team dat de planten extreem hoog werden wanneer ze tegelijkertijd probeerden de schaduw te vermijden die werd gecreëerd door naburige planten en werden blootgesteld aan warmere temperaturen. Op moleculair niveau ontdekten de onderzoekers dat transcriptiefactor PIF7, een eiwit dat helpt genen "aan" en "uit" te zetten, de dominante speler was die de verhoogde snelle groei aanstuurde. Ze ontdekten ook dat het groeihormoon auxine toenam wanneer de gewassen naburige planten ontdekten, wat de groei bevorderde als reactie op gelijktijdige warmere temperaturen. Dankzij deze synergetische PIF7-auxineroute konden de planten reageren op hun omgeving en zich aanpassen om de beste groeiomstandigheden te zoeken.

Een verwante transcriptiefactor, PIF4, stimuleerde ook de stengelverlenging tijdens warme temperaturen. Toen schaduw en hogere temperaturen werden gecombineerd, speelde deze factor echter geen belangrijke rol meer.

"We waren verrast om te ontdekken dat PIF4 geen grote rol speelde omdat eerdere studies het belang van deze factor in gerelateerde groeisituaties hebben aangetoond", zegt eerste auteur Yogev Burko, een Salk-stafonderzoeker en assistent-professor bij de Agriculture Research Organization aan de Vulkaan Instituut in Israël. "Het feit dat PIF7 de dominante drijvende kracht is achter deze plantengroei was een echte verrassing. Met deze nieuwe kennis hopen we deze groeirespons in verschillende gewassen te verfijnen om ze te helpen zich aan te passen aan klimaatverandering."

De onderzoekers denken dat er nog een andere speler is, die nog ontdekt moet worden, die het effect van PIF7 en auxine versterkt. Ze hopen deze onbekende factor in toekomstige studies te onderzoeken. Burko's lab gaat ook onderzoeken hoe deze route kan worden geoptimaliseerd in gewassen.

"De wereldwijde temperaturen stijgen, dus we hebben voedselgewassen nodig die kunnen gedijen in deze nieuwe omstandigheden", zegt Chory, die mededirecteur is van Salk's Harnessing Plants Initiative en de Howard H. en Maryam R. Newman-leerstoel in Plant Biology bekleedt. "We hebben belangrijke factoren geïdentificeerd die de plantengroei bij warme temperaturen reguleren, wat ons zal helpen om beter presterende gewassen te ontwikkelen om toekomstige generaties te voeden."

Andere auteurs waren Björn Christopher Willige en Adam Seluzicki van Salk; Ondřej Novák van de Palacký Universiteit en Instituut voor Experimentele Plantkunde aan de Tsjechische Academie van Wetenschappen; en Karin Ljung van de Zweedse Universiteit voor Landbouwwetenschappen. + Verder verkennen

Hoe planten zich snel aanpassen aan veranderende omgevingsomstandigheden