Η κατανόηση της θερμοαντοχής ή της ικανότητας ενός φυτού να αντέχει σε ακραίες θερμοκρασίες, είναι μια πολλά υποσχόμενη στρατηγική για την αντιμετώπιση της κλιματικής προσαρμογής.
Μελετώντας ποικιλίες τομάτας που παράγουν καρπούς σε εξαιρετικά ζεστές περιόδους ανάπτυξης, οι βιολόγοι στο Πανεπιστήμιο Μπράουν εντόπισαν τη φάση του κύκλου ανάπτυξης όταν οι ντομάτες είναι πιο ευάλωτες στην υπερβολική ζέστη, καθώς και τους μοριακούς μηχανισμούς που κάνουν τα φυτά πιο ανθεκτικό στη θερμότητα.
Η ανακάλυψη, η οποία περιγράφεται λεπτομερώς σε μια μελέτη στο Current Biology , θα μπορούσε να αποτελέσει μια βασική στρατηγική για την προστασία της προσφοράς τροφίμων ενόψει της κλιματικής αστάθειας, είπαν οι ερευνητές. Η αγροτική παραγωγικότητα είναι ιδιαίτερα ευάλωτη στην κλιματική αλλαγή, σημείωσε η μελέτη, και η αύξηση της θερμοκρασίας προβλέπεται να μειώσει τις αποδόσεις των καλλιεργειών κατά 2,5% έως 16% για κάθε επιπλέον 1 βαθμό Κελσίου εποχικής θέρμανσης.
Οι επιστήμονες πήραν μερικά μαθήματα από την εξέλιξη για να πειραματιστούν με τον καλύτερο τρόπο επιτάχυνσης της διαδικασίας προσαρμογής για ποικιλίες φυτών τομάτας, εξήγησε ο συγγραφέας της μελέτης Sorel V. Yimga Ouonkap, ερευνητής στη μοριακή βιολογία, τη κυτταρική βιολογία και τη βιοχημεία στο Brown. Θα χρειαζόταν πολύς χρόνος για να περιμένουμε την εξέλιξη να εξαλείψει τις ευάλωτες ποικιλίες τομάτας όπως η Heinz προς όφελος αυτών που μπορούν να αντιμετωπίσουν την υπερβολική ζέστη, μια διαδικασία που θα μπορούσε επίσης να θέσει σε κίνδυνο τις ιδιότητες που κάνουν τις ευάλωτες καλλιέργειες εμπορικά επιθυμητές.
Η κατανόηση της θερμοανοχής ή της ικανότητας ενός φυτού να αντέχει σε ακραίες θερμοκρασίες, είναι μια πολλά υποσχόμενη στρατηγική για την αντιμετώπιση της κλιματικής προσαρμογής, δήλωσε ο συγγραφέας της μελέτης Mark Johnson, καθηγητής βιολογίας στο Brown.
«Φανταστείτε αν θα μπορούσατε απλώς να κάνετε μια ντομάτα Heinz πιο ανθεκτική στο άγχος της θερμοκρασίας χωρίς να επηρεάζετε το προφίλ γεύσης ή τον τρόπο με τον οποίο οι άνθρωποι βιώνουν την ντομάτα», είπε ο Johnson. «Αυτό θα ήταν μεγάλο πλεονέκτημα».
Αναπαραγωγή φυτών: μια ώριμη περιοχή για έρευνα
Η φάση αναπαραγωγής των φυτών είναι το επίκεντρο της έρευνας στο εργαστήριο του Johnson για πολλά χρόνια. Ενώ η επιστημονική βιβλιογραφία περιλαμβάνει μελέτες για το πώς το θερμικό στρες επηρεάζει την ανάπτυξη των φυτών γενικά ή την ανάπτυξη βασικών αναπαραγωγικών δομών, υπήρξε απουσία εργασίας που εξέταζε συγκεκριμένα τι συμβαίνει όταν η γύρη προσγειώνεται στο στίγμα κατά την αναπαραγωγή των φυτών, είπε ο Johnson.
Για τη διατριβή του Ouonkap, εστίασε στη φάση ανάπτυξης του γυρεοσωλήνα του αναπαραγωγικού κύκλου των φυτών. Μελέτησε διάφορες ποικιλίες φυτών τομάτας γνωστές για την ικανότητά τους να παράγουν καρπούς σε εξαιρετικά ζεστές περιόδους ανάπτυξης. Οι ποικιλίες ντομάτας στη μελέτη ήταν εγγενείς στις Φιλιππίνες, τη Ρωσία και το Μεξικό και όλες καλλιεργήθηκαν στο Κέντρο Περιβάλλοντος Φυτών στο Μπράουν.
Σε συνεργασία με επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο της Αριζόνα, ο Ouonkap μελέτησε πώς το θερμικό στρες επηρεάζει την ικανότητα της γύρης να αναπτύσσεται στο άνθος του φυτού της ντομάτας. Εστίασε στο πώς αλλάζει η έκφραση των γονιδίων όταν η γύρη τομάτας που παράγεται από φυτά που αναπτύσσονται σε βέλτιστες συνθήκες θερμοκηπίου εκτίθεται σε υψηλές θερμοκρασίες όταν αναπτύσσεται σε ένα τρυβλίο Petri.
Οι συνεργάτες της ομάδας στην Αριζόνα διαπίστωσαν ότι η έκθεση σε υψηλές θερμοκρασίες αποκλειστικά κατά τη φάση της ανάπτυξης των σωλήνων γύρης περιορίζει την παραγωγή καρπών και σπόρων πιο σημαντικά στις ποικιλίες τομάτας που ήταν ευαίσθητες στη θερμότητα από εκείνες που ήταν ανθεκτικές στη θερμότητα. Ο σωλήνας γύρης είναι ένας σωλήνας που μεταφέρει τα αρσενικά κύτταρα γαμετών από τον κόκκο γύρης (ή το στίγμα των ανθοφόρων φυτών) στα ωάρια που βρίσκονται στη βάση του ύπερου για γονιμοποιήσεις. Είναι σημαντικό ότι ο Ouonkap διαπίστωσε ότι οι γυρεόσωλήνες από την ποικιλία τομάτας Tamaulipas, που είναι γνωστό ότι είναι ανθεκτική στη θερμότητα, έχουν ενισχυμένη ανάπτυξη υπό υψηλή θερμοκρασία. Η μοριακή του ανάλυση του γυρεόσωλήνα σε αυτές τις τομάτες επέτρεψε στην ερευνητική ομάδα να εντοπίσει τους μηχανισμούς που σχετίζονται με τη θερμοανεκτικότητα.
Οι ντομάτες είναι ένας ιδανικός οργανισμός για αυτού του είδους την έρευνα, είπαν οι ερευνητές. Η ικανότητα των διαφορετικών ποικιλιών να προσαρμόζονται σε μια ποικιλία ακραίων κλιματικών συνθηκών προσφέρει στους επιστήμονες πληροφορίες για το πώς τα είδη ποικίλλουν ως προς τις αντιδράσεις τους στις περιβαλλοντικές συνθήκες. Οι ντομάτες είναι επίσης μια σημαντική εμπορική καλλιέργεια σε χώρες σε όλο τον κόσμο, από τη Μεσόγειο μέχρι την Αίγυπτο, την Τουρκία και την Καλιφόρνια — μερικές από τις οποίες είναι από τις πιο ευάλωτες σε ακραίες συνθήκες ζέστης.
Με τους σωστούς μοριακούς μηχανισμούς που έχουν πλέον εντοπιστεί, ένα επόμενο βήμα θα ήταν ο καθορισμός συγκεκριμένων τεχνικών για να καταστεί δυνατή η ανάπτυξη της τομάτας σε διαφορετικά κλίματα. Σε ένα υποθετικό σενάριο, οι επιστήμονες θα μπορούσαν να αναπτύξουν ένα μικρό μόριο που θα μπορούσε να προετοιμάσει τη γύρη στα φυτά για να είναι σε θέση να αντέξει ένα κύμα καύσωνα, εξήγησε ο Johnson.
«Όταν η πρόγνωση του καιρού έδειχνε δύο εβδομάδες υψηλών θερμοκρασιών κατά τη φάση ανάπτυξης του γυρεοσωλήνα, ο αγρότης θα εφάρμοζε ένα προϊόν στα φυτά που θα άλλαζε τη γονιδιακή έκφραση έτσι ώστε η γύρη να είναι ανθεκτική στη θερμότητα», είπε.
Ενώ αυτός ο τύπος χειραγώγησης είναι ακόμα μακριά στο μέλλον, οι ερευνητές είπαν ότι αυτός ο τομέας έρευνας είναι ώριμος για εξερεύνηση.
Το έργο χρηματοδοτήθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (IOS-1939255) με πρόσθετη υποστήριξη από το Εθνικό Ινστιτούτο Τροφίμων και Γεωργίας του Υπουργείου Γεωργίας των Ηνωμένων Πολιτειών (2020-67013-30907, 2024-67012-41882) και τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας ( 5R35GM139609, PI AEL).
Για να διαβάσετε ολόκληρη τη μελέτη πατήστε ΕΔΩ.
