Katika machapisho mawili, wanabiolojia wa Utrecht na wenzake wa kimataifa wanaelezea michakato inayotumiwa na mimea ili kukabiliana na joto. Ugunduzi huo hutoa maarifa kuhusu jinsi mimea inavyofanya kazi vyema chini ya halijoto ya juu sana. Pia inaweza kutoa hatua kuelekea kudhibiti ukuaji wa mimea na kuifanya iwe sugu zaidi kwa ongezeko la joto duniani. Watafiti huchapisha matokeo yao katika Jarida la Plant na Mawasiliano ya Asili.
Dubu wa polar jangwani
Bado aina nyingi za mimea zimetengeneza njia za kukabiliana na halijoto ya juu. "Tofauti na wanyama, mimea mingi inaweza kuzoea umbo la miili yao kwa kukabiliana na halijoto na mambo mengine ya kimazingira," asema mtafiti Martijn van Zanten, ambaye ana uhusiano na Chuo Kikuu cha Utrecht na kuchangia machapisho yote mawili. "Wanyama ni hadithi tofauti kabisa. Kuweka tu, ikiwa utaweka dubu wa polar katika jangwa, bado itaonekana kama dubu wa polar na kanzu nene ya manyoya. Lakini ikiwa mmea hukua katika hali ya joto, itarekebisha sura ya mwili wake ipasavyo. Kwa njia hii, mmea hujaribu kufanya kazi vyema chini ya hali hizi zisizofaa.
Kutoka kwa kompakt hadi kufungua fomu ya mmea
Aina nyingi za mimea zinaweza kukabiliana na sura ya shina na majani ili kuwafanya kuwa sugu kwa joto la juu. Hii pia ni kweli kwa thale cress (Arabidopsis thaliana), inayozingatiwa na wanabiolojia wengi wa mimea kama kielelezo cha mimea wanachopenda zaidi. Katika hali ya baridi, mimea hii ni compact na kuwa na majani yao karibu na ardhi. Wakati joto linapoongezeka, huchukua mkao wazi zaidi. Majani, kwa mfano, kuwa wima zaidi. Hii inapunguza sana mionzi ya moja kwa moja kutoka jua. Kwa kuongeza, mabua ya majani yatanyoosha, kuruhusu upepo zaidi kupitisha majani na kuondokana na joto.
Kunyoosha inayotaka na isiyohitajika
Hata hivyo katika mazao na (kata) maua, aina hii ya kunyoosha mara nyingi haitakiwi. Wakuzaji wanataka kudhibiti mabadiliko haya kwa kuwa kunyoosha kunaweza kuzuia ubora wa bidhaa. "Lakini wakati huo huo, kukabiliana na hali hiyo ni muhimu ili kufanya mazao kustahimili joto la juu linalotokana na mabadiliko ya hali ya hewa. Hiyo inahitajika ili kudumisha uzalishaji kwa muda mrefu,” anasema Van Zanten.
Kufanya mimea kustahimili hali ya hewa
"Mazao mengi yanayolimwa yamepoteza uwezo wa kukabiliana vyema na joto la juu," anasema Van Zanten. "Katika mazao mbalimbali, ilitoweka wakati wa ufugaji na ufugaji kwani wafugaji walizingatia sifa zingine."
Huku mabadiliko ya hali ya hewa yakiongeza joto, Van Zanten anasema kuna hitaji linaloongezeka la kufanya mimea kustahimili hali ya hewa. "Hii inahitaji ujuzi wa jinsi mimea inavyokabiliana na halijoto ya juu. Je, wanabadilishaje ishara za halijoto wanazopokea kuwa marekebisho ya ukuaji? Kutafiti mifumo ya molekuli ambayo mimea hubadilika kulingana na halijoto ya chini, huruhusu zana kurekebisha usanifu wa mazao kupitia kuzaliana.
Utaratibu wa Masi hubadilisha mkao wa joto
Mimea ya Thale cress ambayo haiwezi kukabiliana na halijoto ya juu kuonekana inaweza kurejesha uwezo huo inapokabiliwa na kemikali fulani. Hii iligunduliwa na timu ya utafiti ya kimataifa inayoongozwa na Van Zanten. Timu ilijaribu idadi kubwa ya dutu kwenye mutant ya thale cress ambayo haibadilishi tena halijoto ya juu. Walipata molekuli ambayo inaweza 'kuwasha' kukabiliana na halijoto ya juu katika mimea michanga, hata kwa joto la chini.
Watafiti huita kiwanja hiki 'Heatin'. Kwa kurekebisha molekuli kemikali na kisha kusoma ni protini gani zinaweza kushikamana na joto, walipata kikundi cha protini kinachoitwa nitrilases. Kikundi kidogo kilichotambuliwa kinajulikana kutokea tu katika kabichi na aina zinazohusiana, ikiwa ni pamoja na cress ya thale.
Pamoja na kampuni ya kuzaliana mimea, wanabiolojia waligundua kwamba kwa hakika aina za kabichi hujibu kwa joto. Pia waligundua kwamba nitrilases zinahitajika ili kukabiliana na halijoto ya juu, pengine kwa sababu zinawezesha utengenezwaji wa auxin ya homoni ya ukuaji inayojulikana. Watafiti walichapisha ugunduzi huu katika Jarida la Plant.
Njia mpya ya kukabiliana na halijoto ya juu
Kuchapishwa kwa matokeo ya Heatin kunalingana na uchapishaji mwingine, leo katika Nature Communications. Utafiti huo uliongozwa na wanasayansi katika taasisi ya VIB nchini Ubelgiji, huku Van Zanten pia akihusika. Timu iligundua protini ambayo haikuelezewa hapo awali ambayo inadhibiti jinsi mimea inavyozoea mazingira ya joto. Protini iliitwa MAP4K4/TOT3, na TOT ikimaanisha Lengo la Joto.
Jambo la kushangaza ni kwamba mchakato unaoendeshwa na TOT3 kwa kiasi kikubwa hautegemei njia nyingine zote za kuashiria ambazo wanabiolojia wameunganisha hadi sasa na urekebishaji joto katika mimea. Kwa kuongeza, marekebisho ya TOT3 hayaonekani kutegemea kiasi na muundo wa mwanga unaoangazia mmea.
Van Zanten: "Kuna mwingiliano mkubwa katika mifumo ya molekuli ambayo mimea hubadilisha ukuaji na kubadilisha muundo wa mwanga na joto la juu. Kwa TOT3, sasa tuna kipengele ambacho tunaweza kudhibiti ukuaji chini ya viwango vya juu vya joto, bila kuingiliana na jinsi mmea unavyoshughulikia mwanga.
Maombi mapana
"Kinachoifanya kuwa ya kuvutia zaidi," anasema Van Zanten, "ni kwamba TOT3 ina jukumu sawa katika kukabiliana na ukuaji chini ya halijoto ya juu katika thale cress na katika ngano. Aina hizo mbili zimetenganishwa kijeni kutoka kwa kila mmoja. Kwa hivyo hiyo inatoa uwezo mkubwa wa matumizi mapana.
Mbadala kwa vizuizi vya ukuaji
Hatimaye, uvumbuzi wa TOT3 na jukumu la nitrilases zinaweza kusaidia kuendelea kukua mazao ya kutosha, hata joto linapoongezeka kutokana na mabadiliko ya hali ya hewa. Ugunduzi huo pia hutoa fursa za kutengeneza njia mbadala za kemikali ambazo sasa hutumiwa mara nyingi kuzuia ukuaji wa mimea. Kwa mfano, Van Zanten anataja maua yaliyokatwa, ambayo hujibu kwa nguvu sana kwa kushuka kwa joto. Katika floriculture, kwa hiyo, inhibitors nyingi za ukuaji hutumiwa kuweka mimea nzuri na compact.
"Wakati unaponunua tulips, kwa mfano, bado wana shina fupi nzuri," anasema Van Zanten. "Lakini baada ya siku chache nyumbani kwako, wanaanza kuning'inia kwenye ukingo wa chombo hicho. Joto la juu la ndani husababisha mimea kunyoosha, na hatimaye kupelekea kulegea na kuinama. Tunatumahi kuwa maarifa mapya yatachangia uteuzi wa aina mpya za maua ambazo zinyoosha chini ya joto la juu. Kwa njia hii, tunaweza kupunguza matumizi ya vizuizi hatari vya ukuaji.
Kwa habari zaidi:
Chuo Kikuu cha Utrecht
www.uu.nl