Korenine ne le "čutijo" gravitacijo, da se razširijo in zasidrajo v tleh. Po potrebi lahko tudi spremenijo smer rasti in dosežejo vodne vire. Nova študija znanstvenikov z Inštituta za znanost in tehnologijo Avstrije (ISTA) in Univerze Northwest A&F na Kitajskem zdaj kaže, da suša olajša to spremembo smeri z zaviranjem zaznavanja gravitacije. Te ugotovitve bi lahko pomagale pri razvoju rastlin, ki so bolje odporne na ekstremne vremenske razmere.
Rastline nenehno rastejo, se odzivajo na okoljske signale in temu primerno prilagajajo svoj razvoj. Medtem ko iztegujejo svoje poganjke proti soncu – kar imenujemo fototropizem – svoje korenine širijo s pomočjo Zemljine gravitacije – kar je znano kot gravitropizem. Ko zaznajo vlažna območja v tleh, spremenijo svojo smer. Ta sposobnost – hidrotropizem – zagotavlja rastlini oskrbo z vodo.
Fototropizem in gravitropizem sta relativno dobro dokumentirana in se preučujeta že več kot stoletje. O hidrotropizmu je znanega veliko manj, kljub njegovemu pomenu za rastline, zlasti v času podnebnih sprememb.
Nedavna študija dobitnika Wittgensteinove nagrade za leto 2024, profesorja Jiříja Frimla, in doktorske študentke Adrijane Smoljan z Inštituta za znanost in tehnologijo Avstrije (ISTA) skupaj s kolegi z univerze Northwest A&F na Kitajskem zdaj ponuja vpogled v hidrotropizem. Raziskava kaže, da iskanje vode zahteva zaviranje gravitropizma s strani glavnega regulatorja hidrotropizma, MIZ1.
Da bi podrobneje raziskali hidrotropizem, so se Friml in njegovi kolegi vprašali, kaj bi se zgodilo, če gravitacija ne bi več vplivala na rast korenin. Gravitropizem je bilo zato treba »izklopiti«. Eden od načinov za to bi bil pošiljanje rastlin v vesolje – kot je pokazal Nasin poskus VEGGIE ali pobude Evropske vesoljske agencije (ESA) za gojenje rastlin v vesolju.
Za svoje trenutne raziskave pa so znanstveniki ostali na Zemlji. Petrijevke s sadikami talianske kreše ( Arabidopsis thaliana ) so bile postavljene na počasi vrtečo se ploščad. Zaradi nenehnega vrtenja se smer gravitacije nenehno spreminja. Posledično se rastlina nanjo ne more več odzvati, saj ne more prepoznati njenega izvora. Friml ta pristop primerja z uro, kjer se korenine rastline vrtijo kot kazalci ure.
»Takoj ko smo izklopili gravitacijo, smo opazili, da je hidrotropizem postal veliko močnejši,« pojasnjuje Friml. »V normalnih pogojih z zadostno količino vode običajno prevladuje gravitropizem. Ko pa gravitropizem izklopite, postanejo učinki hidrotropizma očitni.«
Znanstveniki so nato odkrili, da rastline med sušo naravno do neke mere začnejo zavirati gravitropizem. »To je smiselno,« pojasnjuje Friml. »Iskanje vode nenadoma postane pomembnejše od nadaljnje rasti navzdol. Gravitropizem se med sušo zmanjša in rastline postanejo bolj hidrotropne.«
Kaj pa sproži ta prehod iz gravitropizma v hidrotropizem? Pozornost raziskovalcev je pritegnil protein MIZ1. MIZ1, ki so ga pred desetletji odkrili japonski znanstveniki, je eden redkih genov, za katere je znano, da so pomembni za hidrotropizem.
Raziskovalna skupina je primerjala obstoječe mutirane rastline brez MIZ1 z rastlinami divjega tipa ("normalnimi") in ugotovila, da pri mutantih MIZ1 ni uspelo zavirati gravitropizma kot odziva na sušo. Rastline so kazale hidropično okvaro – gravitropizem je ostal zelo izrazit. Brez MIZ1 imajo rastline zato težave pri iskanju vode, ker MIZ1 zavira gravitropizem korenin.
Razumevanje, kako rastline najdejo vodo in se odzivajo na obdobja suše, je še posebej pomembno v času podnebnih sprememb. »Prejšnja zima na Dunaju je bila na primer še posebej suha,« pojasnjuje Adrijana Smoljan. »Meteorološka postaja Hohe Warte je namerila le 32 litrov padavin na kvadratni meter – bistveno manj od običajnih 130 litrov. Posledično so bila tla zelo suha, kar je povečalo tveganje za gozdne požare, tudi pozimi.«
Takšne ekstremne vremenske razmere še enkrat poudarjajo pomen raziskav, ki jih izvaja skupina Friml na ISTA. Bolj ko bomo razumeli, kako rastline iščejo vodo, bolj lahko prispevamo k razvoju rastlin, ki se bolje spopadajo s sušo – pomemben korak za kmetijstvo.
"Če bi odkrili sorte koruze ali pšenice z visoko aktivnim proteinom MIZ1, bi to lahko vnesli v visokorodne sorte. Teoretično bi to lahko privedlo do rastlin, ki bi bolje absorbirale vodo v sušnih obdobjih," dodaja Friml.
izvirno objavo
Y. Zhang, Z. Bao, A. Smoljan, Y. Liu, H. Wang in Ji?í Friml. 2025. Iskanje vode z antagonizmom, ki ga posreduje MIZ1, med gravitropizmom in hidrotropizmom korenin. PNAS. DOI: 10.1073/pnas.2427315122
Preberite tudi
Nova dolgoročna študija kaže vpliv suše na žuželke v Nemčiji | Pugnalom
Jetrnik: Rastlinski biologi odkrivajo genetiko prilagajanja podnebju | Pugnalom
