Dette må til for at planter skal tåle tørke
Når temperaturen stiger, påvirker det plantene som landbruket og vi er avhengige av. Nå vet vi mer om hvordan planter motstår tørke.
Alt liv må tilpasse seg omgivelsene de lever i. Om klimaet blir varmere, kan det oftere bli tørke. Dette kan påvirke det biologiske mangfoldet på jorda vår.
Det påvirker også blant annet landbruket og alle plantene vi er avhengige av for å mat.
Derfor er det viktig for landbruket og resten av oss at vi vet mer om hvordan planter tilpasser seg tørke. Forskere ved blant annet NTNU er på saken. Resultatene kan bidra til at vi får planter som tåler tørke bedre.
- Les også: Slik reagerer planter på angrep
To ting påvirker tilpasning til tørke
– To viktige faktorer påvirker evnen planter har til å tilpasse seg tørke, oppsummerer professor Thorsten Hamann ved Institutt for biologi ved NTNU.
Den ene viktige faktoren er stive cellevegger som omgir plantecellene, gir dem styrke og reduserer vanntapet når plantene utsettes for tørke. Den andre faktoren er abscisinsyre, et hormon som regulerer tilpasningen til tørke i alle landlevende planter
– Selv om plantenes cellevegger og abscisinsyre er helt sentrale for at planter skal overleve, vet vi svært lite om prosessene som aktiverer produksjonen av syren og som regulerer stivheten i celleveggene, sier professor Hamann.
Men kloden ser ut til å endre seg, og det er viktig å komme en stigning i temperaturen i forkjøpet.
Vårskrinneblom har egenskaper som gjør den til en vanlig plante i eksperimenter. Foto: Shutterstock, NTB
Tok i bruk ny teknologi
For tida har Hamann et forskeropphold ved UCLA i California. Forskergruppen hans undersøkte to modellplanter, nemlig vårskrinneblom (Arabidopsis thaliana) og vanlige erter (Pisum sativum).
Modellplanter er planter som av ulike grunner er vanlige å bruke i forsøk, og som blant annet derfor kan gi sammenlignbare resultater mellom ulike forskningsprosjekter. En annen viktig grunn er at modellplanter har celler som går gjennom en full livssyklus på bare 9 uker. Derfor går det raskt å fullføre eksperimenter med dem.
Forskerne brukte Brillouin-spektroskopi til forsøkene sine. Dette er en mikroskopieringsteknikk som vanligvis brukes i materialteknologi, men som de kunne tilpasse formålet.
– Denne teknikken brukte vi for å undersøke de bittesmå endringene inne i plantecellene som påvirker stivheten i celleveggene og prosessene som regulerer dem, sier professor Hamann.
Forskergruppen kom da også frem til resultater som er oppsiktsvekkende nok til at de er publisert i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Illustrasjonen viser hvordan planter tilpasser seg tørke. Proteinet THE1 bidrar til at celleveggene er intakte. Tørke kan skade på veggene. Det utløser ulike forsvarsmekanismer som forskergruppen fant ut at THE1 regulerer.
Forskerne kunne manipulere disse mekanismene, og identifisere og avle frem varianter av plantene med spesielt aktive reguleringsmekanismer, og som dermed takler endringer bedre. Illustrasjon: NTNU
Fant nødvendig faktor
– Vi identifiserte en molekylærkomponent som er nødvendig for å endre både stivheten i celleveggen og produksjonen av abscisinsyre, konstaterer Hamann.
Denne molekylærkomponenten kalles THE1 eller Theseus1. Opprinnelig ble det funnet i nettopp vårskrinneblom, en av artene som forskergruppen undersøkte denne gangen også.
De kom frem til enda mer interessante resultater ved å kombinere flere funn fra studier på cellenes biologi og de kjemiske prosessene bak stoffskiftet i plantene.
– Vi finner at intakte cellevegger er helt nødvendige for å produsere abscisinsyre i plantene vi undersøkte, sier professor Hamann.
Uten hele cellevegger fungerer altså ikke plantenes evne til å tilpasse seg. Dette er det viktig å vite.
- Les også: Hva er naturen verdt?
Kan være godt nytt for landbruket
– Disse funnene gir oss ny innsikt i de mekaniske prosessene bak plantenes tilpasning til et miljø i endring og tørke, sier professor Hamann.
Det kan også være gode nyheter for landbruket. For kanskje kan det bidra til at vi får planter som tåler tørke bedre.
– Å vite mer gjør oss bedre i stand til å øke avlingene i jordbruket ved å bruke kunnskapsbaserte tilnærmingsformer, slår Hamann fast.
Kilde: Laura Bacete, Julia Schulz, Timo Engelsdorf, Zdenka Bartosova, Lauri Vaahtera, Guqi Yan, Joachim Matthias Gerhold, Tereza Tichá, Camilla Øvstebø, Nora Gigli-Bisceglia, Svanhild Johannessen-Starheim, Jeremie Margueritat, Hannes Kollist, Thomas Dehoux, Scott A. M. McAdam, Thorsten Hamann. THESEUS1 modulates cell wall stiffness and abscisic acid production in Arabidopsis thaliana. Proceedings of the National Academy of Sciences Jan 2022, 119 (1) e2119258119; DOI: 10.1073/pnas.2119258119
