Sådan reagerer planter på varmestress

Planter kan ligesom andre organismer blive hårdt ramt af varmestress. For at øge deres chancer for overlevelse aktiverer de varmechok-responsen, en molekylær vej, som også bruges af menneske- og dyreceller til beskyttelse af stress. Forskere fra det tekniske universitet i München (TUM) har nu opdaget, at plantesteroidhormoner kan fremme denne reaktion i planter.

Det kan være svært at huske om vinteren, men juli 2021 var den varmeste måned, der nogensinde er dokumenteret. I USA var middeltemperaturen højere end gennemsnittet for juli med 2,6 grader Fahrenheit, og mange sydeuropæiske lande oplevede temperaturer over 45 grader Celsius, inklusive en rekordhøj temperatur på 48,8 grader Celsius registreret på østkysten af Sicilien i Italien.

De seneste par årtier har set øget forekomst af hedebølger med rekordhøje niveauer rundt om på kloden, og dette ses som et resultat af klimaændringer. Hedebølger har forekommet hyppigere, har været varmere og har varet længere med alvorlige konsekvenser ikke kun for mennesker og dyr, men også for planter. "Varmestress kan påvirke planter negativt i deres naturlige habitater og destabilisere økosystemer, samtidig med at det reducerer afgrødehøsten drastisk og dermed true vores fødevaresikkerhed," siger Brigitte Poppenberger, professor i bioteknologi af havebrugsafgrøder.

Celler aktiverer en molekylær forsvarsvej til beskyttelse mod varmestress

For at overleve korte perioder med varmestress aktiverer planter en molekylær vej kaldet varmechok-responsen. Dette varmechok-respons (fælles for alle organismer) beskytter celler mod skader påført af proteotoksisk stress, som beskadiger proteiner. Sådan stress er ikke kun forårsaget af varme, men kan også skyldes eksponering for visse toksiner, UV-lys eller jordens saltholdighed.

Varmechok-responsen beskytter celler på forskellige måder, hvoraf en af ​​dem er produktion af såkaldte varmechok-proteiner, der fungerer som molekylære skjolde, der beskytter proteiner ved at forhindre fejlfoldning.

Brassinosteroider kan øge planters modstandsdygtighed over for varmestress

Planter reagerer på varmestress ved at aktivere varmechokfaktorer og også andre molekylære spillere. Især hormoner som kemiske budbringere er involveret. Blandt de hormoner, som planter producerer, er brassinosteroiderne, som primært regulerer deres vækst og udvikling. Men ud over deres vækstfremmende egenskaber har brassinosteroider andre interessante evner, en af ​​dem er deres evne til at øge planternes varmestressresistens, og forskere ved TUM har for nylig opdaget, hvad der bidrager til denne beskyttende evne.

Ved hjælp af modelplanten Arabidopsis thaliana har en forskergruppe ledet af prof. Brigitte Poppenberger været i stand til at belyse, hvordan en specifik transkriptionsfaktor - et særligt protein, der er ansvarlig for at tænde eller slukke for bestemte dele af DNA'et - reguleres af brassinosteroider. Denne transkriptionsfaktor, kaldet BES1, kan interagere med varmechokfaktorer og tillader derved genetisk information at blive målrettet mod øget syntese af varmechokproteiner.

Når BES1-aktiviteten øges, bliver planterne mere modstandsdygtige over for varmestress, og når den nedsættes, bliver de mere følsomme over for det. Endvidere har gruppen påvist, at BES1 aktiveres af varmestress, og at denne aktivering stimuleres af brassinosteroider.

Potentielle anvendelser i landbrug og gartneri

"Disse resultater er ikke kun af interesse for biologer, der forsøger at udvide vores forståelse af varmechokresponsen, men har også potentiale for praktisk anvendelse i landbrug og gartneri," siger prof. Poppenberger.

Bio-stimulanter indeholdende brassinosteroider er tilgængelige og kan testes for deres evne til at øge modstandsdygtigheden over for varmestress i planter. Sådanne stoffer er naturprodukter, der er godkendt til økologisk jordbrug og dermed uden problemer kunne bruges. Alternativt kan BES1 være et interessant mål for avlsmetoder. Dette kunne bruges til at skabe sorter, der er mere modstandsdygtige over for varmestress og dermed giver mere stabile udbytter i tilfælde af fremtidige hedebølger.