En dues publicacions, biòlegs i col·legues internacionals d’Utrecht descriuen els processos que fan servir les plantes per adaptar-se a la calor. Els descobriments aporten informació sobre el funcionament òptim de les plantes a temperatures altes i poc òptimes. També podria proporcionar un pas cap al control del creixement de les plantes i fer-les més resistents a l’escalfament global. Els investigadors publiquen els seus resultats a The Plant Journal i Nature Communications.
Óssos polars al desert
Tot i això, moltes espècies de plantes han desenvolupat maneres de fer front a temperatures més altes. "A diferència dels animals, moltes plantes poden adaptar la seva forma corporal en resposta a la calor i a altres factors ambientals", diu l'investigador Martijn van Zanten, que està afiliat a la Universitat d'Utrecht i va contribuir a les dues publicacions. “Els animals són una història completament diferent. En poques paraules, si col·loqueu un ós polar al desert, encara semblarà un ós polar amb un pelatge gruixut. Però si una planta creix en condicions més càlides, adaptarà la forma del seu cos en conseqüència. D’aquesta manera, la planta intenta funcionar de manera òptima en aquestes condicions menys favorables ”.
De planta compacta a oberta
Moltes espècies de plantes poden adaptar la forma de les seves tiges i fulles per fer-les més resistents a les altes temperatures. Això també és cert per a l’escorça de la taca (Arabidopsis thaliana), considerada per molts biòlegs vegetals com el seu model de planta preferit. En condicions de fred, aquestes plantes són compactes i tenen les fulles properes al terra. Quan les temperatures augmenten, adopten una postura més oberta. Les fulles, per exemple, es tornen més verticals. Això redueix considerablement la radiació directa del sol. A més, les tiges de les fulles s’estiraran, cosa que permetrà passar més vent per les fulles i dissipar la calor.
Estiraments desitjats i no desitjats
Tot i així, en els cultius i les flors (tallades), aquest tipus d’estiraments sovint no són desitjats. Els productors volen controlar aquests canvis, ja que l'estirament pot obstaculitzar la qualitat del producte. “Però, al mateix temps, és necessària l'adaptació per fer més resistents els cultius a les temperatures més altes resultants del canvi climàtic. Això és necessari per mantenir la producció a més llarg termini ”, diu Van Zanten.
Fer que les plantes siguin més tolerants al clima
"Molts cultius cultivats han perdut la capacitat de respondre bé a temperatures més altes", diu Van Zanten. "En diversos cultius, va desaparèixer durant el procés de domesticació i cria, ja que els criadors es van centrar principalment en altres trets".
Amb el canvi climàtic que augmenta les temperatures, Van Zanten diu que hi ha una necessitat creixent de fer que les plantes siguin més tolerants al clima. “Això requereix coneixement de com afronten les plantes a temperatures més altes. Com converteixen els senyals de temperatura que reben en adaptacions de creixement? Investigar els mecanismes moleculars pels quals les plantes s’adapten a la temperatura subòptima permeten eines per ajustar l’arquitectura dels cultius a través de la cria ”.
El mecanisme molecular activa la postura de calor
Les plantes de creix Thale que ja no s’adapten a temperatures més altes poden recuperar aquesta capacitat quan s’exposen a determinats productes químics. Ho va descobrir un equip d'investigació internacional dirigit per Van Zanten. L’equip va provar un gran nombre de substàncies en un mutant de crescuda de taca que ja no s’adapta a les altes temperatures. Van trobar una molècula que pot "activar" l'adaptació a alta temperatura en plantes joves, fins i tot a baixes temperatures.
Els investigadors anomenen aquest compost "Heatin". En modificar químicament la molècula i després estudiar quines proteïnes es poden unir a l’escalfament, van trobar un grup de proteïnes anomenades nitrilases. Se sap que el subgrup identificat només es produeix a les cols i espècies afins, inclòs el cressó de la taca.
Juntament amb una empresa de cria de plantes, els biòlegs van descobrir que de fet les espècies de col responen a l'escalfament. També van descobrir que les nitrilases són necessàries per adaptar-se a altes temperatures, probablement perquè permeten la producció de la coneguda hormona del creixement auxina. Els investigadors van publicar aquest descobriment a The Plant Journal.
Nova via d’adaptació a alta temperatura
La publicació dels resultats de Heatin coincideix amb una altra publicació, avui a Nature Communications. Aquesta investigació va ser dirigida per científics de l'institut VIB a Bèlgica, amb la participació de Van Zanten. L’equip va descobrir una proteïna que abans no es descrivia i que regula la manera en què les plantes s’adapten a un entorn més càlid. La proteïna es va anomenar MAP4K4 / TOT3, amb TOT que significa objectiu de temperatura.
Curiosament, el procés impulsat per TOT3 és en gran part independent de totes les altres vies de senyalització que els biòlegs han vinculat fins ara amb l’adaptació de la calor a les plantes. A més, les adaptacions de TOT3 no semblen dependre de la quantitat i la composició de llum que brilla en una planta.
Van Zanten: “Hi ha una gran quantitat de solapaments en els mecanismes moleculars pels quals les plantes adapten el creixement a la composició de la llum canviant i a les altes temperatures. Amb TOT3, ara tenim a mà un factor amb el qual podem controlar el creixement a altes temperatures, sense interferir en la forma en què la planta tracta la llum ".
Aplicacions àmplies
"El que fa que sigui encara més interessant", diu Van Zanten, "és que TOT3 té un paper similar en l'adaptació del creixement a alta temperatura, tant en el cressó de la tetalla com en el blat. Aquestes dues espècies estan separades genèticament les unes de les altres. Per tant, això ofereix un gran potencial per a aplicacions àmplies ".
Alternativa als inhibidors del creixement
En última instància, els descobriments de TOT3 i el paper de les nitrilases poden ajudar a continuar creixent prou cultius, fins i tot quan les temperatures augmenten a causa del canvi climàtic. Els descobriments també ofereixen oportunitats per desenvolupar alternatives als productes químics que ara s’utilitzen sovint per inhibir el creixement de les plantes. Com a exemple, Van Zanten esmenta les flors tallades, que responen molt fortament a les fluctuacions de temperatura. Per tant, a la floricultura s’utilitzen molts inhibidors del creixement per mantenir les plantes agradables i compactes.
"En el moment de comprar tulipes, per exemple, encara tenen una bonica tija curta", diu Van Zanten. “Però després d’uns dies a casa, comencen a penjar-se a la vora del gerro. Les temperatures interiors més altes fan que les plantes s’estenguin i, finalment, les facin coixsejar i doblegar-se. Esperem que el nou coneixement contribueixi a la selecció de noves varietats de flors que s’estenen menys a altes temperatures. D’aquesta manera, podem reduir l’ús d’inhibidors de creixement nocius ”.
Per a més informació:
Universitat d'Utrecht
www.uu.nl