Cum reacționează plantele la stresul creat de temperaturi scăzute?

Când temperaturile scad, plantele nu se pot strânge. Acestea suferă o serie de modificări biochimice care protejează celulele împotriva daunelor. Oamenii de știință au descris aceste schimbări și au identificat unele dintre genele care le controlează, dar nu este clar cum funcționează toate procesele împreună. Lipsind această viziune globală, crescătorii de plante s-au luptat pentru a cultiva plante tolerante la rece.

Un studiu recent realizat de Universitatea din Illinois și Universitatea Tehnică Gebze din Turcia oferă un nou mod de gândire al stresului la care sunt supuse plantele la temperaturi scăzute, care depășește abordarea tradițională de examinare a unei singure gene, proteine sau căi biochimice la un moment dat. În schimb, analizează simultan întreaga colecție de gene, metaboliți, căi și reacții implicate în răspunsul la stresul la temperaturi scăzute.

„Șansele sunt slabe ca crescătorii să modifice cu succes o singură genă și să obțină o toleranță mai mare la rece. Trebuie să înțelegem întregul sistem: nu numai gena de interes, ci toate genele asociate care afectează căile specifice și alte activități biologice implicate în răspunsul la stres.

Studiul nostru identifică metaboliți semnificativi asociați cu trăsături importante și este un pas inainte în tehnicile de profilaxie metabolice”, spune Gustavo Caetano-Anollés, profesor la Departamentul de Științe ale Cropurilor la U of I și autor al studiului Frontiers in Bioengineering și Biotechnology.

Echipa de cercetare a examinat punctele de date colectate de la Arabidopsis thaliana, o plantă mică frecvent studiată pentru a înțelege procesele genetice și fiziologice, la patru momente de timp în timpul răspunsului la stresul termic. Folosind o bază de date care adnotă gene și produse genetice, echipa a reușit să construiască o rețea de gene, metaboliți și căi, identificând toate procesele implicate în răspunsul stresului la rece al plantei.

„Analiza noastra a arătat metaboliți asociați stresului în numeroase forme, chiar unelela care nu ne-am gândit că ar răspunde la frig, incluzând aminoacizi, carbohidrați, lipide, hormoni, energie, fotosinteză și căi de semnalizare. Am descoperit că stresul la frig a declanșat mai întâi o explozie de energie, urmată de o deviere a carbonului în aminoacizi și în metabolismul lipidic’’, spune Caetano-Anollés.

Este important faptul că cercetarea oferă o metodă de a privi procesele metabolice în aproape orice organism. Caetano-Anolles sugerează că metoda ar putea fi utilizată, de exemplu, pentru a te uita la rezistența la erbicide în buruieni sau la rezistența la antibiotice la mamifere.