Ο ζεστός καιρός αποδυναμώνει το ανοσοποιητικό σύστημα των φυτών, ευρήματα μελέτης

Οι επιστήμονες προσπαθούν εδώ και καιρό να καταλάβουν γιατί τα φυτά γίνονται πιο ευάλωτα στις ασθένειες όταν ανεβαίνουν 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 από παθογόνους οργανισμούς σε ζεστό καιρό.

"Τα φυτά παθαίνουν πολύ περισσότερες μολύνσεις σε θερμές θερμοκρασίες, επειδή το επίπεδο της βασικής τους ανοσίας είναι μειωμένο», δήλωσε ο Sheng-Yang He, φυτοβιολόγος στο Πανεπιστήμιο Duke που ηγήθηκε της ερευνητικής ομάδας. ​"Θέλαμε λοιπόν να μάθουμε, πώς αισθάνονται τα φυτά τη θερμότητα; Και μπορούμε πραγματικά να το διορθώσουμε για να κάνουμε τα φυτά ανθεκτικά στη θερμότητα;»

Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο Nature, επικεντρώθηκε στο Arabidopsis thaliana, ένα ανεπιτήδευτο ζιζάνιο ευρέως γνωστό ως το κάρδαμο του ποντικιού, που θεωρείται το ​»εργαστηριακός αρουραίος φυτών» από φυτοβιολόγους. Το Arabidopsis thaliana ευδοκιμεί σε παρυφές δρόμων, ανοιχτά μονοπάτια και κενές περιοχές και χρησιμοποιείται σε πειράματα παγκοσμίως λόγω του σύντομου κύκλου ζωής και του μικρού και εύκολου στην τροποποίηση γονιδιώματός του.

Οι επιστήμονες είπαν ότι η κύρια αμυντική ορμόνη του Arabidopsis thaliana είναι το σαλικυλικό οξύ, το οποίο χρησιμοποιείται από πολλά φυτά, συμπεριλαμβανομένων των μεγάλων καλλιεργειών, για να αντισταθεί στις ασθένειες. Ωστόσο, η παραγωγή σαλικυλικού οξέος μπορεί να διαταραχθεί όταν οι θερμοκρασίες αυξηθούν μερικούς βαθμούς.

"Ακραίες καιρικές συνθήκες σχετίζεται με κλιματική αλλαγή επηρεάζουν πολλές πτυχές της φυτικής και ζωικής ζωής, συμπεριλαμβανομένης της ανταπόκρισης σε μολυσματικές ασθένειες», έγραψαν οι ερευνητές. ​"Η παραγωγή σαλικυλικού οξέος, μιας κεντρικής ορμόνης άμυνας των φυτών, είναι ιδιαίτερα ευάλωτη στην καταστολή από σύντομες περιόδους ζεστού καιρού πάνω από το κανονικό εύρος θερμοκρασίας ανάπτυξης των φυτών μέσω ενός άγνωστου μηχανισμού».

Μετά από χρόνια εργαστηριακής εργασίας, οι ερευνητές απομόνωσαν το γονίδιο CBP60g, το οποίο μπορεί να εμποδίσει την παραγωγή της ορμόνης του σαλικυλικού οξέος στα φυτά όταν αυξάνονται οι θερμοκρασίες, εξουδετερώνοντας τον αμυντικό τους μηχανισμό. Το διάλυμα παρέκαμψε γενετικά το γονίδιο για να αποκαταστήσει την άμυνα του φυτού σε υψηλότερες θερμοκρασίες.

"Αυτή ήταν μια πολυετής και πολυθεσμική προσπάθεια», είπε ο Christian Danve Castroverde, βιολόγος στο Πανεπιστήμιο Wilfrid Laurier στον Καναδά και συν-συγγραφέας της μελέτης. Olive Oil Times.

"Το 2013, [ανακαλύψαμε] ότι σύντομες περίοδοι υψηλής θερμοκρασίας επηρεάζουν δραματικά την ορμονική άμυνα των φυτών Arabidopsis έναντι της μόλυνσης από ένα βακτήριο που ονομάζεται Pseudomonas syringae», πρόσθεσε. ​"Μετά από αρκετά χρόνια, καταφέραμε τελικά να εντοπίσουμε τη μοριακή βάση του τρόπου με τον οποίο η ανοσία του Arabidopsis καταστέλλεται από τις θερμές συνθήκες θερμοκρασίας.»

Οι ερευνητές παρέκαμψαν το γονίδιο στο εργαστήριο προσθέτοντας α ​»υποστηρικτής.' Η σύντομη αλληλουχία DNA αναγκάζει το γονίδιο να μεταγράψει (αντιγράψει την αλληλουχία DNA σε ένα μόριο RNA), αποκαθιστώντας την ικανότητα του Arabidopsis thaliana να παράγει την ορμόνη του σαλικυλικού οξέος.

"Συμπεριλαμβανομένου του υποδοχέα σαλικυλικού οξέος και των βιοσυνθετικών γονιδίων, η βελτιστοποιημένη έκφραση CBP60g ήταν επαρκής για να αποκαταστήσει γενικά την παραγωγή σαλικυλικού οξέος, τη βασική ανοσία και την ανοσία που προκαλείται από τελεστές στην αυξημένη θερμοκρασία ανάπτυξης χωρίς σημαντικές ανταλλαγές ανάπτυξης», έγραψαν οι ερευνητές.

Η ομάδα έχει αρχίσει να δοκιμάζει γονιδιακή τροποποίηση σε καλλιέργειες τροφίμων όπως η ελαιοκράμβη. Σκοπεύουν επίσης να πειραματιστούν με περισσότερες καλλιέργειες, συμπεριλαμβανομένου του σιταριού και της πατάτας. Ωστόσο, ο Castroverde είπε ότι απαιτείται σημαντικός όγκος έρευνας πεδίου πριν από την εφαρμογή της επιδιόρθωσης σε μεγάλη κλίμακα.

"Πολλά φυτά έχουν γονίδια που μοιάζουν με CBP60g και πολλά από αυτά έχουν την ικανότητα να παράγουν σαλικυλικό οξύ», είπε. ​"Φαίνεται ότι τα φυτά έχουν ήδη ένα όπλο στο οπλοστάσιό τους. Η πρόκλησή μας τώρα είναι απλώς να αξιοποιήσουμε αυτή τη δύναμη. Όσον αφορά τις γεωργικές εφαρμογές, πιστεύω ότι πρέπει να περιμένουμε μέχρι να έχουμε επιτυχημένα αποτελέσματα σε δοκιμές πεδίου».

Ωστόσο, η συγκεκριμένη λύση που προτείνει η ερευνητική ομάδα για την αποκατάσταση του ανοσοποιητικού συστήματος των φυτών προϋποθέτει ότι οι καταναλωτές είναι έτοιμοι να δεχτούν περισσότερο γενετικό χειρισμό της τροφής τους.

"As η κλιματική αλλαγή επιταχύνεται, θα βρεθούμε υπό πίεση να μάθουμε πράγματα στο εργαστήριο και να τα μεταφέρουμε στο χωράφι γρηγορότερα», δήλωσε ο Marc Nishimura, ειδικός στη φυτική ανοσία στο Κρατικό Πανεπιστήμιο του Κολοράντο, ο οποίος δεν συμμετείχε στην έρευνα. ​"Δεν μπορώ να δω πώς θα το κάνουμε αυτό χωρίς περισσότερη αποδοχή των γενετικά τροποποιημένων φυτών».

Άλλος μελέτη που δημοσιεύθηκε από ερευνητές στο Κινεζικό Πανεπιστήμιο του Χονγκ Κονγκ τον Ιούνιο προειδοποίησε ότι οι αποδόσεις των καλλιεργειών θα μπορούσαν να μειωθούν κατά 20 τοις εκατό παγκοσμίως μέχρι το 2050 λόγω της ρύπανσης του όζοντος και των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής

Παρά την επιτυχία τους στην αποκατάσταση της άμυνας του Arabidopsis thaliana ενάντια στη θερμότητα, οι ερευνητές τόνισαν το γεγονός ότι το χάσμα στην κατανόηση του τρόπου με τον οποίο ένα θερμαινόμενο κλίμα επηρεάζει την αποτελεσματικότητα του ανοσοποιητικού συστήματος των φυτών είναι ​"βασικό μέλημα για τη μελλοντική αγροτική παραγωγικότητα, τη διατήρηση των οικοσυστημάτων και την εμφάνιση νέων πανδημιών φυτικών ασθενειών».

Ωστόσο, πρόσθεσαν ότι τα αποτελέσματά τους δείχνουν ότι οι καλλιέργειες θα γίνουν πιο ανθεκτικές στο μέλλον.

"Καταφέραμε να κάνουμε ολόκληρο το ανοσοποιητικό σύστημα των φυτών πιο ισχυρό σε ζεστές θερμοκρασίες», είπε ο He, ο φυτοβιολόγος από το Duke. ​"Αν αυτό ισχύει και για τα φυτά καλλιεργειών, αυτό είναι πολύ μεγάλο, γιατί τότε έχουμε ένα πολύ ισχυρό όπλο».

• Ενσύρματη
• Γη