Dalam dua penerbitan, ahli biologi Utrecht dan rakan sekerja antarabangsa menerangkan proses yang digunakan oleh tumbuhan untuk menyesuaikan diri dengan kehangatan. Penemuan ini memberikan pandangan tentang cara tumbuhan berfungsi secara optimum di bawah suhu tinggi yang tidak optimum. Ia juga boleh menyediakan batu loncatan ke arah mengawal pertumbuhan tumbuhan dan menjadikannya lebih tahan terhadap pemanasan global. Para penyelidik menerbitkan hasil mereka dalam The Plant Journal dan Nature Communications.
Beruang kutub di padang pasir
Namun banyak spesies tumbuhan telah membangunkan cara untuk mengatasi suhu yang lebih tinggi. "Tidak seperti haiwan, banyak tumbuhan boleh menyesuaikan bentuk badan mereka sebagai tindak balas kepada kehangatan dan faktor persekitaran yang lain, " kata penyelidik Martijn van Zanten, yang bergabung dengan Universiti Utrecht dan menyumbang kepada kedua-dua penerbitan. “Haiwan adalah cerita yang berbeza. Secara mudah, jika anda meletakkan beruang kutub di padang pasir, ia akan tetap kelihatan seperti beruang kutub dengan kot bulu tebal. Tetapi jika tumbuhan tumbuh dalam keadaan yang lebih panas, ia akan menyesuaikan bentuk badannya dengan sewajarnya. Dengan cara ini, kilang cuba berfungsi secara optimum di bawah keadaan yang kurang baik ini."
Dari padat kepada bentuk tumbuhan terbuka
Banyak spesies tumbuhan boleh menyesuaikan bentuk batang dan daun mereka untuk menjadikannya lebih tahan terhadap suhu tinggi. Ini juga berlaku untuk selada thale (Arabidopsis thaliana), yang dianggap oleh ramai ahli biologi tumbuhan sebagai model tumbuhan kegemaran mereka. Dalam keadaan sejuk, tumbuhan ini padat dan mempunyai daunnya dekat dengan tanah. Apabila suhu meningkat, mereka mengambil postur yang lebih terbuka. Daun, sebagai contoh, menjadi lebih tegak. Ini sangat mengurangkan sinaran langsung dari matahari. Di samping itu, tangkai daun akan meregang, membolehkan lebih banyak angin melepasi daun dan menghilangkan haba.
Regangan yang diingini dan tidak diingini
Namun dalam tanaman dan (potong) bunga, regangan seperti ini selalunya tidak diingini. Penanam mahu mengawal perubahan ini kerana regangan boleh menghalang kualiti produk. “Tetapi pada masa yang sama, penyesuaian diperlukan untuk menjadikan tanaman lebih tahan terhadap suhu yang lebih tinggi akibat perubahan iklim. Itu diperlukan untuk mengekalkan pengeluaran dalam jangka panjang, "kata Van Zanten.
Menjadikan tumbuhan lebih tahan iklim
"Banyak tanaman yang ditanam telah kehilangan keupayaan untuk bertindak balas dengan baik kepada suhu yang lebih tinggi, " kata Van Zanten. "Dalam pelbagai tanaman, ia hilang semasa proses pembiakan dan pembiakan kerana penternak memberi tumpuan terutamanya kepada ciri-ciri lain."
Dengan perubahan iklim yang meningkatkan suhu, Van Zanten berkata terdapat keperluan yang semakin meningkat untuk menjadikan tumbuhan lebih bertoleransi terhadap iklim. "Ini memerlukan pengetahuan tentang cara tumbuhan menghadapi suhu yang lebih tinggi. Bagaimanakah mereka menukar isyarat suhu yang mereka terima kepada penyesuaian pertumbuhan? Menyelidik mekanisme molekul yang membolehkan tumbuhan menyesuaikan diri dengan suhu suboptimum, membolehkan alat untuk menyesuaikan seni bina tanaman melalui pembiakan.
Mekanisme molekul menghidupkan postur haba
Tumbuhan selada Thale yang tidak lagi menyesuaikan diri dengan suhu yang lebih tinggi muncul boleh mendapatkan semula keupayaan itu apabila terdedah kepada bahan kimia tertentu. Ini telah ditemui oleh pasukan penyelidik antarabangsa yang diketuai oleh Van Zanten. Pasukan itu menguji sejumlah besar bahan pada mutan selada thale yang tidak lagi menyesuaikan diri dengan suhu tinggi. Mereka menemui molekul yang boleh 'menghidupkan' penyesuaian kepada suhu tinggi dalam tumbuhan muda, walaupun pada suhu rendah.
Para penyelidik memanggil sebatian ini 'Heatin'. Dengan mengubah suai molekul secara kimia dan kemudian mengkaji protein mana yang boleh mengikat pemanasan, mereka menemui sekumpulan protein yang dipanggil nitrilases. Subkumpulan yang dikenal pasti diketahui hanya berlaku dalam kubis dan spesies yang berkaitan, termasuk selada thale.
Bersama-sama dengan syarikat pembiakan tumbuhan, ahli biologi mendapati bahawa memang spesies kubis bertindak balas terhadap pemanasan. Mereka juga mendapati bahawa nitrilases diperlukan untuk penyesuaian kepada suhu tinggi, mungkin kerana ia membolehkan pengeluaran hormon pertumbuhan auksin yang terkenal. Para penyelidik menerbitkan penemuan ini dalam The Plant Journal.
Laluan baharu untuk penyesuaian suhu tinggi
Penerbitan keputusan Heatin bertepatan dengan penerbitan lain, hari ini dalam Nature Communications. Penyelidikan itu diketuai oleh saintis di institut VIB di Belgium, dengan Van Zanten turut terlibat. Pasukan itu menemui protein yang tidak diterangkan sebelum ini yang mengawal cara tumbuhan menyesuaikan diri dengan persekitaran yang lebih panas. Protein itu dinamakan MAP4K4/TOT3, dengan TOT bermaksud Sasaran Suhu.
Hebatnya, proses yang dipacu TOT3 sebahagian besarnya bebas daripada semua laluan isyarat lain yang setakat ini dikaitkan oleh ahli biologi dengan penyesuaian kehangatan dalam tumbuhan. Di samping itu, penyesuaian oleh TOT3 nampaknya tidak bergantung pada jumlah dan komposisi cahaya yang bersinar pada tumbuhan.
Van Zanten: "Terdapat banyak pertindihan dalam mekanisme molekul yang mana tumbuhan menyesuaikan pertumbuhan kepada perubahan komposisi cahaya dan kepada suhu tinggi. Dengan TOT3, kami kini mempunyai faktor yang boleh mengawal pertumbuhan di bawah suhu tinggi, tanpa mengganggu cara loji itu menangani cahaya.”
Aplikasi yang luas
"Apa yang menjadikannya lebih menarik," kata Van Zanten, "adalah TOT3 memainkan peranan yang sama dalam penyesuaian pertumbuhan di bawah suhu tinggi dalam kedua-dua selada thale dan dalam gandum. Kedua-dua spesies ini secara genetik agak terpisah antara satu sama lain. Jadi ia menawarkan potensi besar untuk aplikasi yang luas.”
Alternatif kepada perencat pertumbuhan
Akhirnya, penemuan TOT3 dan peranan nitrilase boleh membantu untuk terus menanam tanaman yang mencukupi, walaupun apabila suhu meningkat akibat perubahan iklim. Penemuan itu juga menawarkan peluang untuk membangunkan alternatif kepada bahan kimia yang kini sering digunakan untuk menghalang pertumbuhan tumbuhan. Sebagai contoh, Van Zanten menyebut bunga potong, yang bertindak balas dengan sangat kuat terhadap turun naik suhu. Dalam florikultur, oleh itu, banyak perencat pertumbuhan digunakan untuk memastikan tumbuhan cantik dan padat.
"Setelah anda membeli tulip, contohnya, ia masih mempunyai batang pendek yang bagus," kata Van Zanten. "Tetapi selepas beberapa hari di rumah anda, mereka mula tergantung di tepi pasu. Suhu dalaman yang lebih tinggi menyebabkan tumbuhan meregang, akhirnya menyebabkan mereka menjadi lemas dan bengkok. Kami berharap pengetahuan baharu akan menyumbang kepada pemilihan jenis bunga baharu yang kurang meregangkan di bawah suhu tinggi. Dengan cara ini, kita boleh mengurangkan penggunaan perencat pertumbuhan yang berbahaya."
Untuk maklumat lanjut:
Utrecht University
www.uu.nl