Hvordan klimaændringer stresser planter og ændrer deres vækst

Planter, der bebor Jorden, har den utrolige evne til at vokse uafbrudt i hundreder af år, og altid mod solens lys, som giver dem den nødvendige energi til at spire.

Kilden til denne vækst er ændringer i deres miljø, såsom variationer i lys, temperatur og fugtighed. Men nye stimuli fra de nuværende klimaændringer forstyrrer den normale vækst af planter.

Som doktorgradskandidat i biokemi ved University of Québec i Montréal er jeg interesseret i strukturen af ​​planteproteiner og studerer, hvordan planter tilpasser sig miljøbelastninger (tørke, kulde, mangler) på molekylært niveau for at vælge mere modstandsdygtige varianter til landbruget.

Pandos uovertrufne levetid

Den ældste skov på planeten, kaldet Pando, er 80.000 år gammel. Beliggende i Utah indeholder den 40.000 genetisk identiske (kloner) af rystende eller skælvende aspetræer. Kolonien kommunikerer via et enkelt rodnetværk.

Pando anses for at være den ældste levende organisme i verden. Denne koloni opstod 30.000 år før den første Homo sapiens bosatte sig i Europa. Pando har derfor båret vidnesbyrd om det moderne menneskelivs helhed:Kinas og Roms imperier, verdenskrige og også om menneskehedens største bedrifter.

Ikke desto mindre er koloniens popler ikke vokset uafbrudt i 80.000 år. På den ene side er deres udvikling orkestreret af årstiderne. På den anden side skal de kontrollere deres udviklingsmæssige vækst i overensstemmelse med deres behov og fysiske evner til at møde eksterne aggressioner. Ved at forstyrre eksterne miljøstimuli påvirker den nuværende klimakrise direkte denne normale vækstregulering.

Hemmeligheden bag plantevækst er begravet i cellen

Planter danner nye organer som blade, blomster eller rødder efter behov for at reagere på en ekstern stimulus fra omgivelserne. For eksempel udløser en ændring i lyseksponeringsperioden i løbet af foråret blomstring.

Disse stimuli retter sig mod DNA'et ved at aktivere specifikke gener til udvikling af hvert organ til at danne en voksen plante. DNA kan sammenlignes med en ordbog over gener, der indeholder koden for plantens fysiske ejendommeligheder. Disse gener er de levende ord, der skal læses for at udtrykke deres betydning og den information, de indeholder.

Fra frøspiring til blomsterreproduktion og dannelse af stængler, rødder og blade skyldes alle stadier af planteudvikling og vækst et genaflæsningsfænomen. For at læse generne kræves der specifikke aktivatorer for hvert af ordene. Hvis miljøforholdene ændrer sig og er befordrende for vækst, så placerer disse aktivatorer sig selv foran genet for at læse og udtrykke det og føre til den specifikke vækst af det organ, der kodes af genet.

DELLA-proteiner bestemmer væksten

Planter har ikke råd til at vokse i det uendelige på grund af energiomkostningerne ved vækst. Derudover holder planter, ligesom dyr, der går i dvale, op med at vokse i løbet af vinteren og bliver i dvale for at overleve sæsonen. For at gøre dette blokerer planter læsningen af ​​gener takket være sikkerhedsforanstaltninger kaldet DELLA-proteiner.

Findes kun i planter, disse proteiner har været konstante gennem hele evolutionen. De findes især i mosser, bregner, nåletræer og blomstrende planter. DELLA'er er placeret i cellekernen, tættest på DNA. De produceres kontinuerligt og kan blokere genaktivatorer.

For at modnes skal planterne ødelægge DELLA'erne for at frigive aktivatorerne. Planter har udviklet et system til mærkning af disse proteiner for at påvirke deres skæbne i cellen i overensstemmelse med deres behov. For at nedbryde DELLA'er tilføjer cellen et lille protein, kaldet ubiquitin, til sin overflade. Ubiquitin fungerer som et frimærke, der fortæller cellen at levere DELLA'erne til en ny destination, en "cellulær skraldespand", hvor de vil blive forringet.

Klimastress blokerer for DELLA-nedbrydning

Oversvømmelser eller tørke er stigende over hele planeten. På grund af deres ubevægelighed kan planter ikke flygte fra disse eksterne angreb. Disse nye miljøparametre stresser vilde planter og landbrugsafgrøder ved at forstyrre deres vækst, hvilket betyder, at de skal spare deres energi for at overleve i stedet for at vokse, og de må ikke nedbryde DELLA-proteinerne.

Dette kræver, at DELLA-proteinerne skal mærkes på en anden måde, gennem en fætter til ubiquitin, som forskere har navngivet SUMO. SUMO erstatter ubiquitin og fungerer som en redningskrans, så det ikke bliver nedbrudt.

Faktisk udføres SUMO-mærkning på nøjagtig samme sted, hvor ubiquitin skal tilsættes. Tilstedeværelsen af ​​SUMO gør det ikke længere muligt at tilføje ubiquitin, som gør det muligt for planter at overleve ugunstige klimatiske begivenheder.

I den nuværende klimakrise er det vigtigt at undersøge og forstå denne plantevækstmekanisme i håbet om at opretholde bæredygtighed i landbrugsafgrøder. Forskere arbejder aktivt på at isolere eller udvælge planter, der er i stand til hurtigt at aktivere SUMO for at vokse under ugunstige miljøforhold.