ในสิ่งพิมพ์สองฉบับ นักชีววิทยาของ Utrecht และเพื่อนร่วมงานจากต่างประเทศอธิบายถึงกระบวนการที่พืชใช้เพื่อปรับให้เข้ากับความอบอุ่น การค้นพบนี้ให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับวิธีการทำงานของพืชอย่างเหมาะสมภายใต้อุณหภูมิสูงที่ไม่เหมาะสม นอกจากนี้ยังสามารถเป็นก้าวสำคัญในการควบคุมการเจริญเติบโตของพืชและทำให้ทนต่อภาวะโลกร้อนได้มากขึ้น นักวิจัยได้ตีพิมพ์ผลงานของพวกเขาใน The Plant Journal และ Nature Communications
หมีขั้วโลกในทะเลทราย
ทว่าพืชหลายชนิดได้พัฒนาวิธีรับมือกับอุณหภูมิที่สูงขึ้น นักวิจัย Martijn van Zanten ซึ่งสังกัดมหาวิทยาลัย Utrecht กล่าวว่า "ต่างจากสัตว์ต่างๆ ตรงที่สามารถปรับรูปร่างให้เข้ากับความอบอุ่นและปัจจัยแวดล้อมอื่นๆ “สัตว์เป็นเรื่องราวที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง พูดง่ายๆ ก็คือ หากคุณวางหมีขั้วโลกไว้ในทะเลทราย มันก็จะยังดูเหมือนหมีขั้วโลกที่มีเสื้อคลุมขนสัตว์หนาๆ แต่ถ้าต้นไม้เติบโตในสภาพอากาศที่อบอุ่น มันจะปรับรูปร่างให้เหมาะสม ด้วยวิธีนี้ โรงงานจะพยายามทำงานอย่างเหมาะสมภายใต้สภาวะที่ไม่เอื้ออำนวยเหล่านี้”
จากรูปแบบกะทัดรัดเป็นพืชเปิด
พืชหลายชนิดสามารถปรับรูปร่างของลำต้นและใบเพื่อให้ทนต่ออุณหภูมิสูงได้มากขึ้น สิ่งนี้เป็นจริงสำหรับ thale cress (Arabidopsis thaliana) ซึ่งนักชีววิทยาพืชหลายคนมองว่าเป็นแบบจำลองพืชที่พวกเขาชื่นชอบ ในสภาพอากาศหนาวเย็น ต้นไม้เหล่านี้จะมีขนาดเล็กและมีใบอยู่ใกล้พื้น เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น พวกเขาจะอยู่ในท่าที่เปิดกว้างมากขึ้น ตัวอย่างเช่น ใบไม้จะตั้งตรงมากขึ้น ซึ่งช่วยลดการแผ่รังสีโดยตรงจากดวงอาทิตย์ได้อย่างมาก นอกจากนี้ก้านใบจะยืดออกเพื่อให้ลมพัดผ่านใบได้มากขึ้นและกระจายความร้อน
การยืดตัวที่ต้องการและไม่ต้องการ
ทว่าในพืชผลและ (ตัด) ดอกไม้ การยืดแบบนี้มักไม่ต้องการ ผู้ปลูกต้องการควบคุมการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เนื่องจากการยืดกล้ามเนื้ออาจขัดขวางคุณภาพของผลิตภัณฑ์ “แต่ในขณะเดียวกัน การปรับตัวก็เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้พืชผลทนต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นอันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ซึ่งจำเป็นต่อการรักษาการผลิตในระยะยาว” Van Zanten กล่าว
ทำให้พืชมีความทนทานต่อสภาพอากาศมากขึ้น
"พืชผลที่เพาะปลูกจำนวนมากสูญเสียความสามารถในการตอบสนองต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้น" Van Zanten กล่าว “ในพืชผลต่าง ๆ มันหายไประหว่างกระบวนการเลี้ยงและผสมพันธุ์เนื่องจากพ่อพันธุ์แม่พันธุ์มุ่งเน้นไปที่ลักษณะอื่น ๆ เป็นหลัก”
ด้วยการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศทำให้อุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้น Van Zanten กล่าวว่ามีความจำเป็นต้องทำให้พืชสามารถทนต่อสภาพอากาศได้มากขึ้น “สิ่งนี้ต้องการความรู้ว่าพืชสามารถรับมือกับอุณหภูมิที่สูงขึ้นได้อย่างไร พวกเขาแปลงสัญญาณอุณหภูมิที่ได้รับเป็นการดัดแปลงการเติบโตอย่างไร การวิจัยกลไกระดับโมเลกุลที่พืชปรับให้เข้ากับอุณหภูมิที่ต่ำกว่าปกติ ช่วยให้เครื่องมือในการปรับสถาปัตยกรรมของพืชผลผ่านการเพาะพันธุ์ได้”
กลไกระดับโมเลกุลเปิดสถานะความร้อน
พืชทะเลเครสที่ไม่ปรับให้เข้ากับอุณหภูมิที่สูงขึ้นอีกต่อไปสามารถฟื้นความสามารถนั้นได้เมื่อสัมผัสกับสารเคมีบางชนิด สิ่งนี้ถูกค้นพบโดยทีมวิจัยระดับนานาชาติที่นำโดย Van Zanten ทีมวิจัยได้ทดสอบสารจำนวนมากบนสาหร่ายทะเลกลายพันธุ์ที่ไม่ปรับให้เข้ากับอุณหภูมิสูงอีกต่อไป พวกเขาพบโมเลกุลที่สามารถ 'เปิด' การปรับตัวให้เข้ากับอุณหภูมิสูงในต้นอ่อนได้ แม้ในอุณหภูมิต่ำ
นักวิจัยเรียกสารประกอบนี้ว่า 'ฮีททิน' โดยการปรับเปลี่ยนโมเลกุลทางเคมีแล้วศึกษาว่าโปรตีนชนิดใดสามารถจับกับความร้อนได้ พวกเขาพบกลุ่มของโปรตีนที่เรียกว่าไนไตรเลส กลุ่มย่อยที่ระบุเป็นที่ทราบกันดีว่าเกิดขึ้นเฉพาะในกะหล่ำปลีและสายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องเท่านั้น รวมทั้งทะเลเครส
นักชีววิทยาร่วมกับบริษัทเพาะพันธุ์พืชพบว่าสายพันธุ์กะหล่ำปลีตอบสนองต่อความร้อนอย่างแท้จริง พวกเขายังค้นพบด้วยว่าไนไตรเลสจำเป็นสำหรับการปรับตัวให้เข้ากับอุณหภูมิสูง อาจเป็นเพราะพวกเขาสามารถผลิตออกซินฮอร์โมนการเจริญเติบโตที่รู้จักกันดี นักวิจัยได้ตีพิมพ์การค้นพบนี้ใน The Plant Journal
เส้นทางใหม่สำหรับการปรับตัวในอุณหภูมิสูง
การตีพิมพ์ผล Heatin เกิดขึ้นพร้อมกับสิ่งพิมพ์อื่นในวันนี้ใน Nature Communications การวิจัยดังกล่าวนำโดยนักวิทยาศาสตร์ที่สถาบัน VIB ในเบลเยียม โดยมี Van Zanten เกี่ยวข้องด้วย ทีมค้นพบโปรตีนที่ไม่ได้อธิบายไว้ก่อนหน้านี้ซึ่งควบคุมวิธีที่พืชปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่อุ่นขึ้น โปรตีนชื่อ MAP4K4/TOT3 โดย TOT หมายถึงเป้าหมายของอุณหภูมิ
อย่างน่าทึ่ง กระบวนการที่ขับเคลื่อนโดย TOT3 ส่วนใหญ่ไม่ขึ้นกับเส้นทางการส่งสัญญาณอื่นๆ ทั้งหมดที่นักชีววิทยาได้เชื่อมโยงกับการปรับตัวของความอบอุ่นในพืช นอกจากนี้ การดัดแปลงโดย TOT3 ดูเหมือนจะไม่ขึ้นอยู่กับปริมาณและองค์ประกอบของแสงที่ส่องบนต้นไม้
Van Zanten: “กลไกระดับโมเลกุลมีความเหลื่อมล้ำกันมาก โดยที่พืชจะปรับการเจริญเติบโตให้เข้ากับองค์ประกอบของแสงที่เปลี่ยนไปและอุณหภูมิสูง ด้วย TOT3 ตอนนี้เรามีปัจจัยที่สามารถควบคุมการเจริญเติบโตได้ภายใต้อุณหภูมิสูง โดยไม่รบกวนวิธีที่พืชจัดการกับแสง”
การใช้งานแบบกว้าง
"สิ่งที่ทำให้น่าสนใจยิ่งขึ้น" Van Zanten กล่าว "ก็คือ TOT3 มีบทบาทคล้ายกันในการปรับตัวให้เข้ากับการเจริญเติบโตภายใต้อุณหภูมิสูงทั้งในที่ราบทะเลและในข้าวสาลี ทั้งสองสายพันธุ์นั้นค่อนข้างแยกจากกันทางพันธุกรรม เพื่อให้มีศักยภาพที่ดีสำหรับการใช้งานในวงกว้าง”
ทางเลือกแทนสารยับยั้งการเจริญเติบโต
ในที่สุด การค้นพบ TOT3 และบทบาทของไนไตรเลสสามารถช่วยให้ปลูกพืชผลได้อย่างเพียงพอต่อไป แม้ว่าอุณหภูมิจะสูงขึ้นเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ การค้นพบนี้ยังให้โอกาสในการพัฒนาทางเลือกแทนสารเคมีซึ่งปัจจุบันมักใช้เพื่อยับยั้งการเจริญเติบโตของพืช ตัวอย่างเช่น Van Zanten กล่าวถึงไม้ตัดดอกซึ่งตอบสนองอย่างมากต่อความผันผวนของอุณหภูมิ ในการปลูกดอกไม้จึงใช้สารยับยั้งการเจริญเติบโตหลายชนิดเพื่อให้พืชมีความสวยงามและกะทัดรัด
“ตัวอย่างเช่น เมื่อคุณซื้อทิวลิป มันยังมีก้านดอกสั้นที่สวยงามอยู่” Van Zanten กล่าว “แต่หลังจากผ่านไปสองสามวันในบ้านของคุณ พวกมันก็เริ่มห้อยอยู่ที่ขอบแจกัน อุณหภูมิในร่มที่สูงขึ้นทำให้ต้นไม้ยืดตัว ในที่สุดก็ทำให้อ่อนเเรงและงอได้ เราหวังว่าความรู้ใหม่นี้จะช่วยในการคัดเลือกพันธุ์ดอกไม้ใหม่ที่ไม่ยืดเยื้อภายใต้อุณหภูมิสูง ด้วยวิธีนี้ เราสามารถลดการใช้สารยับยั้งการเจริญเติบโตที่เป็นอันตรายได้”
สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม:
มหาวิทยาลัย Utrecht
www.uu.nl