Les plantes són molt allargades, doblegant-se per permetre l'accés de la llum solar a cadascuna de les seves fulles. Tot i haver observat aquest fenomen durant segles, els científics no l'entenen del tot. Ara, els científics de l'Institut Salk han descobert que dos factors vegetals, la proteïna PIF7 i l'auxina de l'hormona del creixement, són desencadenants que acceleren el creixement quan les plantes estan a l'ombra i exposades a altes temperatures al mateix temps. web oficial de l'Institut.
Les troballes, publicades a la revista Nature Communications el 29 d'agost de 2022, ajudaran els científics a predir com respondran les plantes al canvi climàtic i augmentaran els rendiments malgrat que l'escalfament global perjudiqui els cultius.
"Ara mateix, estem conreant cultius a una certa densitat, però els nostres resultats indiquen que haurem de reduir aquesta densitat per optimitzar el creixement de les plantes a mesura que canvia el clima", diu l'autor principal, la professora Joanne Chory, directora de Plant Molecular de l'Institut Salk. i el Laboratori de Biologia Cel·lular i Howard, investigador de l'Institut Mèdic Hughes. "Entendre la base molecular de com les plantes responen a la llum i la temperatura ens permetrà ajustar la densitat de plantació per produir els millors rendiments".
Durant la germinació, les plàntules allargan ràpidament les seves tiges per trencar el sòl i captar la llum solar el més ràpidament possible. Normalment, la tija retarda el seu creixement després de l'exposició a la llum solar. Però la tija es pot allargar de nou ràpidament si la planta competeix amb les plantes circumdants per la llum solar o augmenta la distància entre el sòl calent i les fulles de la planta en resposta a l'augment de la temperatura. Tot i que ambdues condicions ambientals, l'ombra i les altes temperatures, estimulen el creixement de la tija, també redueixen els rendiments.
En aquest estudi, els científics van comparar plantes que creixen a l'ombra i temperatures càlides alhora, condicions que imiten les altes densitats de plantació i el canvi climàtic. Els científics van utilitzar la planta model Arabidopsis thaliana, així com el tomàquet i un parent proper del tabac, perquè estaven interessats en veure si les tres espècies vegetals estaven igualment afectades per aquestes condicions ambientals.
En les tres espècies, l'equip d'investigadors va trobar que les plantes creixien extremadament altes quan intentaven simultàniament evitar l'ombra creada per les plantes veïnes i estaven exposades a temperatures més altes. A nivell molecular, els investigadors van trobar que el factor de transcripció PIF7, una proteïna que ajuda a activar i desactivar els gens, va ajudar a augmentar el creixement. També van trobar que els nivells d'auxina, una hormona del creixement, van augmentar quan els cultius van trobar plantes veïnes, la qual cosa va promoure el creixement en resposta a temperatures més altes simultànies. Aquesta via sinèrgica PIF7-auxina va permetre a les plantes respondre al seu entorn i adaptar-se a la recerca de les millors condicions de creixement.
Un factor de transcripció relacionat, PIF4, també va estimular l'allargament de la tija a altes temperatures. Tanmateix, amb una combinació d'ombra i temperatures elevades, aquest factor ja no jugava un paper important.
"Ens va sorprendre trobar que PIF4 no juga un paper important perquè estudis anteriors han demostrat la importància d'aquest factor en situacions de creixement relacionades", diu el primer autor de l'estudi, Yogev Burko, investigador de l'Institut Salk i professor associat de l'Institut Salk. Organització per a la Recerca Agrícola de l'Israel Volcanoes Institute. "El fet que PIF7 sigui el motor de creixement dominant d'aquesta planta va ser una autèntica sorpresa. Amb aquest nou coneixement, esperem afinar la resposta de creixement de diversos cultius per ajudar-los a adaptar-se al canvi climàtic".
Els investigadors creuen que encara hi ha un altre factor per descobrir que amplifica l'efecte de PIF7 i l'auxina. Esperen explorar aquest factor desconegut en estudis futurs. El laboratori de Berko també estudiarà com es pot optimitzar aquesta via als cultius.
"Les temperatures globals estan augmentant, per la qual cosa necessitem cultius alimentaris que puguin créixer en aquestes noves condicions", diu Chori, co-líder de la Iniciativa d'ús de plantes de Salk i Howard H. i Maryam R. Newman, catedràtic de biologia vegetal. "Hem identificat els factors clau que regulen el creixement de les plantes a altes temperatures, que ens ajudaran a conrear cultius més productius per alimentar les generacions futures".