النباتات مستطيلة للغاية ، ومنحنية للسماح بوصول ضوء الشمس إلى كل ورقة من أوراقها. على الرغم من ملاحظة هذه الظاهرة لعدة قرون ، إلا أن العلماء لا يفهمونها تمامًا. اكتشف العلماء الآن في معهد Salk أن عاملين نباتيين - البروتين PIF7 وهرمون النمو أوكسين - يؤديان إلى تسريع النمو عندما تكون النباتات في الظل وتتعرض لدرجات حرارة عالية في نفس الوقت. الموقع الرسمي للمعهد.
ستساعد النتائج ، التي نُشرت في مجلة Nature Communications في 29 أغسطس 2022 ، العلماء على التنبؤ بكيفية استجابة النباتات لتغير المناخ وزيادة الغلة على الرغم من الاحتباس الحراري الذي يلحق الضرر بالمحاصيل.
"في الوقت الحالي ، نقوم بزراعة المحاصيل بكثافة معينة ، ولكن نتائجنا تشير إلى أننا سنحتاج إلى خفض هذه الكثافة لتحسين نمو النبات مع تغير المناخ" ، كما تقول البروفيسورة كبيرة المؤلفين جوان خوري ، مديرة جزيئات النبات في معهد سالك. ومختبر بيولوجيا الخلية وهوارد ، باحث في معهد هيوز الطبي. "إن فهم الأساس الجزيئي لكيفية استجابة النباتات للضوء ودرجة الحرارة سيسمح لنا بضبط كثافة الزراعة لإنتاج أفضل المحاصيل."
أثناء الإنبات ، تطيل الشتلات جذوعها بسرعة لاختراق التربة والتقاط أشعة الشمس في أسرع وقت ممكن. عادة ، يبطئ الساق نموه بعد التعرض لأشعة الشمس. لكن الجذع يمكن أن يطول بسرعة مرة أخرى إذا كان النبات يتنافس مع النباتات المحيطة لأشعة الشمس أو يزيد المسافة بين الأرض الساخنة وأوراق النبات استجابة لارتفاع درجات الحرارة. في حين أن كلا من الظروف البيئية - التظليل ودرجات الحرارة المرتفعة - تحفز نمو الجذع ، إلا أنها تقلل الغلة أيضًا.
في هذه الدراسة ، قارن العلماء بين النباتات التي تنمو في الظل ودرجات الحرارة الدافئة في نفس الوقت - وهي ظروف تحاكي كثافات الزراعة العالية وتغير المناخ. استخدم العلماء نموذج نبات Arabidopsis thaliana ، بالإضافة إلى الطماطم وأحد أقارب التبغ ، لأنهم كانوا مهتمين بمعرفة ما إذا كانت جميع الأنواع النباتية الثلاثة تتأثر بنفس القدر بهذه الظروف البيئية.
في الأنواع الثلاثة ، وجد فريق الباحثين أن النباتات نمت طويلًا للغاية عندما حاولت في نفس الوقت تجنب الظل الناتج عن النباتات المجاورة وتعرضت لدرجات حرارة أعلى. على المستوى الجزيئي ، وجد الباحثون أن عامل النسخ PIF7 ، وهو بروتين يساعد في تشغيل الجينات وإيقافها ، يساعد في تعزيز النمو. ووجدوا أيضًا أن مستويات الأوكسين ، هرمون النمو ، زادت عندما وجدت المحاصيل نباتات مجاورة ، مما عزز النمو استجابة لدرجات الحرارة المرتفعة المتزامنة. سمح مسار PIF7-auxin التآزري للنباتات بالاستجابة لبيئتها والتكيف بحثًا عن أفضل ظروف النمو.
عامل النسخ ذو الصلة ، PIF4 ، حفز أيضًا استطالة الساق في درجات حرارة عالية. ومع ذلك ، مع مزيج من الظل ودرجات الحرارة المرتفعة ، لم يعد هذا العامل يلعب دورًا مهمًا.
"لقد فوجئنا بأن PIF4 لا يلعب دورًا مهمًا لأن الدراسات السابقة أظهرت أهمية هذا العامل في حالات النمو ذات الصلة" ، كما يقول مؤلف الدراسة الأول يوجيف بوركو ، وهو زميل باحث في معهد سالك وأستاذ مشارك في منظمة البحوث الزراعية في معهد البراكين الإسرائيلي. "حقيقة أن PIF7 هو المحرك الرئيسي لنمو هذا المصنع كان مفاجأة حقيقية. من خلال هذه المعرفة الجديدة ، نأمل في ضبط استجابة نمو المحاصيل المختلفة لمساعدتها على التكيف مع تغير المناخ ".
يعتقد الباحثون أن هناك عاملًا آخر لم يتم اكتشافه بعد وهو يضخم تأثير PIF7 والأوكسين. يأملون في استكشاف هذا العامل المجهول في الدراسات المستقبلية. سيدرس مختبر Berko أيضًا كيفية تحسين هذا المسار في المحاصيل.
"درجات الحرارة العالمية آخذة في الارتفاع ، لذلك نحن بحاجة إلى محاصيل غذائية يمكن أن تنمو في هذه الظروف الجديدة" ، كما يقول تشوري ، الرئيس المشارك لمبادرة استخدام نبات سالك ورئيس هوارد إتش ومريم آر نيومان لبيولوجيا النبات. "لقد حددنا العوامل الرئيسية التي تنظم نمو النبات في درجات حرارة عالية ، والتي ستساعدنا على زراعة محاصيل أكثر إنتاجية لإطعام الأجيال القادمة."