Bitkiler yüksek sıcaklığa nasıl uyum sağlıyor? Heatin ve TOT3 moleküler cevapları ortaya koyuyor

Utrecht merkezli araştırmacılar ve uluslararası ekipler, bitkilerin sıcaklıktaki artışa karşı hem form hem de moleküler düzeyde nasıl yanıt verdiğini iki makalede anlattı. Bulgular, iklim değişikliğine dayanıklı ürün geliştirmenin yollarını gösteriyor.

Bitkiler yüksek sıcaklığa nasıl uyum sağlıyor? Heatin ve TOT3 moleküler cevapları ortaya koyuyor

Tarih: 17/05/2021

Genel bulgu

Utrecht Üniversitesi'nden araştırmacıların de yer aldığı iki çalışma, bitkilerin artan sıcaklıklara hem görünüm değişikliğiyle hem de yeni tanımlanan moleküler yollarla yanıt verdiğini ortaya koyuyor. Sonuçlar The Plant Journal ve Nature Communications dergilerinde yayımlandı.

Morfolojik uyum: yaprak ve gövde değişimleri

Birçok bitki türü, ısının yükselmesiyle yaprak ve gövde şeklini değiştirerek ısı yükünü azaltıyor. Model bitki Arabidopsis thaliana örneğinde soğuk koşullarda bitki kompakt bir yapı sergilerken, sıcaklık arttığında daha açık bir form alarak yaprakların dikleşmesi ve yaprak saplarının uzaması gibi değişikliklerle güneş ışınımını ve ısıyı azaltıyor.

Üretici bakış açısı: istenen ve istenmeyen uzamalar

Tarım işletmeleri ve kesme çiçek üreticileri açısından bu uzama her zaman arzu edilen bir özellik değil; ürün kalitesini etkileyebiliyor. Öte yandan, bilim insanları, iklim değişikliği koşullarında bitkilerin hayatta kalması için bu tür adaptasyon mekanizmalarının korunmasının önemine dikkat çekiyor.

Heatin: kimyasal uyarıcı ile geri kazanılan uyum

Araştırmacılar, yüksek sıcaklığa tepki veremeyen bir Arabidopsis mutanta uygulanan tarama sonucunda bir molekül keşfetti. Bu bileşik, genç bitkilerde ısıl uyum tepkilerini harekete geçiriyordu. Çalışmada bu moleküle "Heatin" ismi verildi ve hangi proteinlerin Heatin'e bağlanabildiği incelendi.

Bağlanan proteinler arasından nitrilaz adı verilen bir grup belirlendi; araştırmada belirtilene göre bu alt grup brassica (lahana ve benzeri) türlerinde bulunuyor. Bitki ıslah şirketiyle yapılan ortak çalışmada brassica türlerinin ısınmaya tepki verdiği ve nitrilazların bu uyum için gerekli olabileceği gösterildi. Araştırmacılar, nitrilazların muhtemelen büyüme hormonu olan auxin üretimini etkileyerek işlev gördüğünü öne sürüyorlar. (The Plant Journal'da yayımlandı.)

TOT3 / MAP4K4: ışık sinyallerinden bağımsız yeni düzenleyici

Başka bir ekip tarafından Nature Communications'da yayımlanan çalışma, bitkilerde daha önce tanımlanmamış bir proteini raporluyor. MAP4K4 olarak da adlandırılan ve TOT3 kısaltması verilen bu protein, bitkinin ısıl koşullara büyüme cevabını düzenliyor.

Önemli bir nokta, TOT3'ün bilinen diğer ısıl uyum yollarından büyük ölçüde bağımsız çalışıyor gibi görünmesi ve ışık yoğunluğu veya spektrumu gibi ışıkla ilişkili faktörlere bağlı olmaması. Bu durum, araştırmacılara ısıl uyumun bazı yönlerini ışık algısından ayrı olarak yönlendirmenin mümkün olabileceğini gösteriyor.

Uygulama potansiyeli

Araştırmacılar, elde edilen moleküler bilgilerle bitki mimarisini ıslah yoluyla veya kimyasal araçlar kullanarak yüksek sıcaklıklara daha dayanıklı hale getirebileceklerini belirtiyor. Ayrıca bazı kültür bitkilerinde evcilleştirme ve yetiştirme süreçleri sırasında bu ısıl yanıt yeteneğinin kaybolduğu; dolayısıyla bunu yeniden kazanmanın üretim sürdürülebilirliği açısından önem taşıdığı vurgulanıyor.

Özet maddeler

• Bitkiler, artan sıcaklıklarda yapısal değişikliklerle (yaprak dikleşmesi, gövde uzaması) ısı yükünü azaltıyor.
• Model tür Arabidopsis thaliana üzerinde sıcaklık duyarlılığı ve morfoloji ilişkileri incelendi.
• Heatin adlı bileşik, sıcaklığa yanıt veremeyen mutantlarda adaptasyonu yeniden tetikleyebiliyor; nitrilazlar bu süreçte rol oynayabilir.
• VIB ekibinin çalışmasında TOT3/MAP4K4 adlı yeni bir protein ısıl adaptasyonu düzenliyor ve bilinen yollarla büyük oranda bağımsız çalışıyor.
• Bulgular, ıslah ve kimyasal müdahalelerle iklime dayanaklı bitkiler geliştirme potansiyelini işaret ediyor.

Not: Bu özet, Blueberries Consulting News tarafından 17/05/2021'de yayımlanan makaleye dayanmaktadır.