Proteine cu memorie pentru adaptarea plantelor agricole la stresul termic

Proteine cu memorie pentru adaptarea plantelor agricole la stresul termic

Cercetătorii au descoperit că plantele se adaptează la stresul termic printr-un mecanism specific de memorie. Într-un studiu publicat în Nature Communications, cercetătorii de la Institutul de Știință și Tehnologie Nara, din Japonia, au dezvăluit că o familie de proteine ​​care controlează genele mici de șoc termic, le permite plantelor să își amintească cum să facă față stresului termic.

Îmbunătățirea toleranței la căldură a plantelor recoltate

Schimbările climatice, în special încălzirea globală, reprezintă o amenințare tot mai mare pentru agricultură la nivel mondial. Deoarece plantele nu se pot mișca pentru a evita condițiile adverse, cum ar fi temperaturile ridicate potențial letale, trebuie să poată face față în mod eficient factorilor precum stresul termic, pentru a supraviețui. Prin urmare, îmbunătățirea toleranței la căldură a plantelor recoltate este un obiectiv important în agricultură.

Dar, ce este ”memoria” stresului termic? ”Stresul termic se repetă și se schimbă adesea”, spune autorul principal al studiului, Nobutoshi Yamaguchi. ”Odată ce plantele au suferit un stres termic ușor, ele devin tolerante și se pot adapta la stres termic suplimentar. Aceasta este denumită memorie a stresului termic și a fost raportată a fi corelată cu modificările epigenetice”.

Modificările epigenetice sunt modificări moștenite în modul în care sunt exprimate genele și nu implică modificări în secvențele ADN subiacente. ”Am vrut să descoperim cum păstrează plantele o memorie a schimbărilor de mediu”, explică Toshiro Ito, autor principal al studiului. Pentru aceasta, am examinat rolul proteinelor JUMONJI (JMJ), în toleranța la temperatura dobandită, ca răspuns la căldura recurentă în cateva zile.

Păstrarea memoriei

Proteinele JUMONJI sunt histone demetilaze. Demetilazele sunt enzime care îndepărtează grupările de metil din molecule, precum proteinele, în special histonele, care asigură sprijin structural cromozomilor. Echipa a dezvăluit că plantele sunt capabile să mențină memoria de căldură din cauza scăderii H3K27me3 (trimetilarea histonei H3 lizină 27), pe gene mici de șoc termic.

”Am descoperit că aceste proteine ​​sunt necesare pentru aclimatizarea căldurii în Arabidopsis thaliana. Aceste rezultate, alături de studii viitoare, vor clarifica în continuare mecanismele de memorie și adaptare a plantelor”, spune Yamaguchi.

Aceasta va ajuta inclusiv la menținerea aprovizionării cu alimente, în condiții naturale. Această cercetare va fi relevantă pentru cercetarea genetică în mai multe domenii, inclusiv biologie, biochimie, ecologie și științe de mediu și agricole, și se aplică studiului animalelor, precum și al plantelor. Înțelegerea mecanismului de memorie epigenetică a dezvăluit în acest studiu că va ajuta la lucrul cu toleranța la căldură, pentru a menține aprovizionarea cu alimente în condiții naturale, spun cercetătorii.

Efectul de răcire prin irigație, asupra culturilor

Ca parte a problemei, separat, un nou studiu arată că 16% din creșterea randamentului din irigații este atribuită numai răcirii. Astfel, într-un studiu recent, realizat în S.U.A., și citat de FutureFarming, o echipă de cercetători condusă de oamenii de știință de la Universitatea din Illinois a descoperit că 16% din creșterea randamentului din irigații este atribuită numai răcirii.

”Acest studiu evidențiază contribuția deloc neglijabilă a răcirii la beneficiile randamentului irigațiilor. Un astfel de efect poate deveni mai important în viitor, odată cu încălzirea continuă și secetele mai frecvente”, a declarat Yan Li, autor principal al studiului Global Change Biology și fost asociat post-doctoral în cadrul Departamentului de Resurse Naturale și Științe ale Mediului din Illinois. Yan este acum profesor asociat la Universitatea Normală din Beijing.

Stresul de secetă

Irigarea răcorește culturile prin efectele combinate ale transpirației (pierderea apei prin orificii mici din frunzele, numite stomatite), și evaporarea din sol. Transpirația poate apărea numai atunci când există o cantitate suficientă de apă din sol.

Când rădăcinile simt solul uscat, plantele își închid stomatitele, pentru a preveni pierderea apei. Când acest lucru se întâmplă suficient de mult timp, plantele se încălzesc și suferă un stres de secetă, ducând uneori la reducerea randamentului.

Pentru a contracara acest fenoment, se poate apela la efectul de răcire asupra randamentului. Odată cu aprovizionarea cu apă a solului și aportul de temperatură implicit, atât de indisolubil legate între ele, cercetătorii au trebuit să dezvolte o abordare inovatoare, pentru a separa efectul de răcire asupra randamentului.

Echipa a analizat datele provenite din satelit, referitoare la temperatura culturilor și a biomasei, hărțile de irigații și randamentul porumbului la nivel de stat pe o perioadă foarte lungă, între 2003 și 2016.

Prin compararea siturilor irigate și pluviale, au constatat că producția de plante prin irigare a crescut cu 81%, din care 16% au fost atribuite răcirii, iar 84%, alimentării cu apă. De asemenea, irigațiile au scăzut temperaturile suprafeței terenului din iulie, cu 1,63 grade Celsius, față de locurile secetoase.

Culturile sunt mai fericite când sunt mai reci

”Culturile cultivate în zona irigată a Centurii de Porumb din SUA, de exemplu, în special în Nebraska și în alte state occidentale din Midwest, toate simt avantajul răcirii”, spune Kaiyu Guan, investigator principal al proiectului și profesor Blue Waters în cadrul Departamentului de Natură Resurse și științe ale mediului și Centrul național pentru aplicații de supercomputere din Illinois, iar acesta a concluzionat: ”Culturile se simt mai fericite când sunt mai reci”.

Aceasta poate determina și o prognoză mai bună a randamentului, în viitor. Potrivit lui Li, eliminarea contribuțiilor duble de irigații la randament va permite o prognoză mai bună a randamentului ”G”, în viitor, în situația în care efectul de răcire a fost în mare parte neglijat în modelele de culturi anterioare.

”Când analiștii și experții de randament își dezvoltă modelele, ar trebui să realizeze că răcirea este un alt beneficiu important, pentru terenurile de cultură irigate și trebuie să țină cont de acest lucru. În caz contrar, ar putea subestima beneficiul irigației în urma randamentului”, spune el.

Guan adaugă: ”Acest lucru contează nu numai pentru terenurile de cultură irigate în prezent, cum ar fi Nebraska. Într-un climat de încălzire, ne gândim că toate culturile vor avea nevoie de mai multă apă, pentru a crește aceeași biomasă, iar părțile din Centura de Porumb, care sunt în prezent pluviale, cum ar fi Iowa și Illinois, ar putea avea nevoie și de irigații”.

Dar, cum și, mai ales, când se pot aplica aceste tehnologii și pe câmpiile din România, din ce în ce mai afectate de efectul negativ al secetei? Greu, foarte greu de spus!

infoFERMA Magazin