Cây mọc dài ra và uốn cong để cung cấp ánh sáng mặt trời cho từng lá của chúng. Mặc dù đã quan sát hiện tượng này trong nhiều thế kỷ nhưng các nhà khoa học vẫn chưa hiểu hết về nó. Giờ đây, các nhà khoa học của Viện Salk đã phát hiện ra rằng hai yếu tố thực vật—protein PIF7 và hormone tăng trưởng auxin—là những yếu tố thúc đẩy tăng trưởng khi cây được giữ trong bóng râm và đồng thời tiếp xúc với nhiệt độ cao, theo báo cáo. trang web chính thức của viện.
Phát hiện này được công bố trên tạp chí Nature Communications vào ngày 29 tháng 2022 năm XNUMX, sẽ giúp các nhà khoa học dự đoán cách thực vật sẽ ứng phó với biến đổi khí hậu và cải thiện năng suất cây trồng bất chấp hiện tượng nóng lên toàn cầu gây thiệt hại cho cây trồng.
Giáo sư cấp cao Joanne Chory, giám đốc Sinh học phân tử và tế bào thực vật của Viện Salk cho biết: “Ngay bây giờ chúng tôi trồng cây ở một mật độ nhất định, nhưng kết quả của chúng tôi cho thấy rằng mật độ này sẽ cần phải giảm để tối ưu hóa sự phát triển của thực vật khi khí hậu thay đổi”. Phòng thí nghiệm và Howard, một nhà nghiên cứu tại Viện Y tế Hughes. “Hiểu được cơ sở phân tử về cách thực vật phản ứng với ánh sáng và nhiệt độ sẽ cho phép chúng ta điều chỉnh mật độ trồng để tạo ra năng suất tốt nhất”.
Trong quá trình nảy mầm, cây con nhanh chóng kéo dài thân để xuyên qua đất và đón ánh nắng càng nhanh càng tốt. Thông thường, thân cây chậm phát triển sau khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Nhưng thân cây có thể nhanh chóng dài ra trở lại nếu cây cạnh tranh ánh sáng mặt trời với các cây xung quanh hoặc để phản ứng với nhiệt độ tăng cao, làm tăng khoảng cách giữa đất nóng và lá của cây. Mặc dù cả hai điều kiện môi trường—bóng râm và nhiệt độ cao—đều kích thích sự phát triển của thân cây nhưng chúng cũng làm giảm năng suất.
Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã so sánh đồng thời thực vật phát triển trong bóng râm và nhiệt độ ấm áp - những điều kiện bắt chước mật độ cây trồng cao và biến đổi khí hậu. Các nhà khoa học đã sử dụng cây mô hình Arabidopsis thaliana, cũng như cà chua và họ hàng gần của thuốc lá, vì họ quan tâm đến việc xem liệu cả ba loài thực vật này có bị ảnh hưởng như nhau bởi các điều kiện môi trường này hay không.
Ở cả ba loài, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng thực vật phát triển cực kỳ cao khi chúng đồng thời cố gắng tránh bóng râm do các cây lân cận tạo ra và tiếp xúc với nhiệt độ cao hơn. Ở cấp độ phân tử, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng yếu tố phiên mã PIF7, một loại protein giúp bật và tắt gen, góp phần thúc đẩy sự tăng trưởng nhanh hơn. Họ cũng phát hiện ra rằng mức độ auxin, một loại hormone tăng trưởng, tăng lên khi cây trồng phát hiện ra những cây lân cận, thúc đẩy tăng trưởng để đáp ứng với nhiệt độ cao hơn đồng thời. Con đường PIF7-auxin hiệp lực này cho phép thực vật phản ứng với môi trường và thích nghi để tìm kiếm những điều kiện tốt nhất cho sự phát triển.
Một yếu tố phiên mã có liên quan, PIF4, cũng kích thích sự kéo dài của thân ở nhiệt độ cao. Tuy nhiên, với sự kết hợp giữa bóng râm và nhiệt độ tăng cao, yếu tố này không còn đóng vai trò quan trọng nữa.
Tác giả đầu tiên của nghiên cứu, Yogev Burko, nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại Viện Salk và trợ lý giáo sư tại Tổ chức Nghiên cứu Nông nghiệp, cho biết: “Chúng tôi rất ngạc nhiên khi thấy rằng PIF4 không đóng vai trò quan trọng vì các nghiên cứu trước đây đã cho thấy tầm quan trọng của yếu tố này trong các tình huống tăng trưởng liên quan”. tại Viện Núi lửa Israel. “Việc PIF7 là động lực tăng trưởng chủ yếu ở loài thực vật này thực sự là một điều bất ngờ. Với kiến thức mới này, chúng tôi hy vọng có thể điều chỉnh phản ứng tăng trưởng của các loại cây trồng khác nhau để giúp chúng thích ứng với biến đổi khí hậu”.
Các nhà nghiên cứu tin rằng còn một yếu tố khác chưa được phát hiện có tác dụng nâng cao tác dụng của PIF7 và auxin. Họ hy vọng sẽ khám phá được yếu tố chưa biết này trong các nghiên cứu trong tương lai. Phòng thí nghiệm của Berko cũng sẽ nghiên cứu cách tối ưu hóa quá trình này ở cây trồng.
Chory, đồng giám đốc của Sáng kiến Sử dụng Thực vật Salk và Chủ tịch Howard H. và Maryam R. Newman về Sinh học Thực vật, cho biết: “Nhiệt độ toàn cầu đang tăng lên, vì vậy chúng ta cần các loại cây lương thực có thể phát triển trong những điều kiện mới này”. “Chúng tôi đã xác định được các yếu tố chính điều chỉnh sự phát triển của thực vật ở nhiệt độ cao, điều này sẽ giúp chúng tôi trồng các loại cây trồng có năng suất cao hơn để nuôi sống các thế hệ tương lai”.