Växter som bebor jorden har den otroliga förmågan att växa kontinuerligt i hundratals år, och alltid mot solens ljus, vilket ger dem den nödvändiga energin för att gro.

Källan till denna tillväxt är förändringar i deras miljö, såsom variationer i ljus, temperatur och luftfuktighet. Men nya stimuli från nuvarande klimatförändringar stör den normala tillväxten av växter.

Som doktorand i biokemi vid University of Québec i Montréal är jag intresserad av strukturen hos växtproteiner och studerar hur växter anpassar sig till miljöpåfrestningar (torka, kyla, brister) på molekylär nivå för att kunna välja mer motståndskraftig varianter för jordbruk.

Pandos oöverträffade livslängd

Den äldsta skogen på planeten, kallad Pando, är 80 000 år gammal. Beläget i Utah innehåller den 40 000 genetiskt identiska (kloner) av skakande, eller darrande, aspträd. Kolonin kommunicerar via ett enda rotnätverk.

Pando anses vara den äldsta levande organismen i världen. Denna koloni uppstod 30 000 år före den första Homo sapiens bosatte sig i Europa. Pando har därför vittnat om det moderna mänskliga livets helhet:Kinas och Roms imperier, världskrig och även mänsklighetens största bedrifter.

Ändå har kolonins poppel inte vuxit oavbrutet på 80 000 år. Å ena sidan är deras utveckling orkestrerad av årstiderna. Å andra sidan måste de kontrollera sin utvecklingstillväxt i enlighet med sina behov och fysiska kapaciteter för att möta yttre aggressioner. Genom att störa yttre miljöstimulans påverkar den nuvarande klimatkrisen direkt denna normala tillväxtreglering.

Hemligheten bakom växttillväxt ligger begravd i cellen

Växter bildar nya organ som löv, blommor eller rötter efter behov för att svara på en extern stimulans från omgivningen. Till exempel utlöser en förändring av ljusexponeringsperioden under våren blomning.

Dessa stimuli riktar sig mot DNA:t genom att aktivera specifika gener för utvecklingen av varje organ för att bilda en vuxen växt. DNA är jämförbart med en ordbok över gener som innehåller koden för växtens fysiska egenheter. Dessa gener är de levande orden som måste läsas för att uttrycka sin mening och den information de innehåller.

Från fröns groning till blommans reproduktion och bildandet av stjälkar, rötter och blad, alla stadier av växtutveckling och tillväxt beror på ett genavläsningsfenomen. För att läsa generna behövs specifika aktivatorer för vart och ett av orden. Om miljöförhållandena förändras och främjar tillväxt, placerar dessa aktivatorer sig själva längst fram i genen för att läsa och uttrycka den och leda till den specifika tillväxten av det organ som kodas av genen.

DELLA-proteiner bestämmer tillväxten

Växter har inte råd att växa på obestämd tid på grund av tillväxtens energikostnader. Dessutom, i likhet med djur som övervintrar, slutar växter att växa under vintern och blir vilande för att överleva säsongen. För att göra detta blockerar växter läsningen av gener tack vare skydd som kallas DELLA-proteiner.

Dessa proteiner finns bara i växter och har varit konstanta under hela evolutionen. De finns särskilt i mossor, ormbunkar, barrträd och blommande växter. DELLA finns i cellkärnan, närmast DNA. De produceras kontinuerligt och kan blockera genaktivatorer.

För att mogna måste växter förstöra DELLA för att frigöra aktivatorerna. Växter har utvecklat ett system för att märka dessa proteiner för att påverka deras öde i cellen enligt deras behov. För att bryta ned DELLA lägger cellen till ett litet protein, kallat ubiquitin, till sin yta. Ubiquitin fungerar som ett frimärke som säger åt cellen att leverera DELLA:erna till en ny destination, en "cellsoptunna", där de kommer att försämras.

Klimatstress blockerar DELLA-nedbrytning

Översvämningar eller torka ökar över hela planeten. På grund av sin orörlighet kan växter inte fly från dessa yttre attacker. Dessa nya miljöparametrar stressar vilda växter och jordbruksgrödor genom att störa deras tillväxt, vilket innebär att de måste spara sin energi för att överleva istället för att växa, och får inte bryta ned DELLA-proteinerna.

Detta kräver att DELLA-proteinerna märks på ett annat sätt, genom en kusin till ubiquitin, som forskare har döpt till SUMO. SUMO ersätter ubiquitin och fungerar som en livboj så att det inte försämras.

Faktum är att SUMO-märkning görs på exakt samma plats där ubiquitin ska tillsättas. Närvaron av SUMO gör det inte längre möjligt att lägga till ubiquitin, vilket gör att växter kan överleva ogynnsamma klimathändelser.

I den rådande klimatkrisen är det viktigt att undersöka och förstå denna växttillväxtmekanism i hopp om att upprätthålla hållbarhet i jordbruksgrödor. Forskare arbetar aktivt med att isolera eller välja ut växter som snabbt kan aktivera SUMO för att växa under ogynnsamma miljöförhållanden.