Vårbuskeblomman har egenskaper som gör att den fungerar som en vanlig växt i experiment. Kredit:Shutterstock, NTB
Alla livsformer måste anpassa sig till den miljö de lever i. Ett värmande klimat kan leda till mer frekvent torka. Detta kan påverka jordens biologiska mångfald.
Klimatet påverkar också jordbruket och alla växter vi är beroende av för att kunna äta.
Att veta mer om hur växter anpassar sig till torka är därför viktigt för jordbruket — och oss andra. Forskare är på fallet vid NTNU och andra institutioner. Resultaten kan hjälpa oss att odla växter som klarar torka bättre.
Två faktorer påverkar anpassningen
"Två nyckelfaktorer påverkar växternas förmåga att stå emot torkstress", säger Thorsten Hamann, professor vid NTNU:s institution för biologi.
Stela cellväggar som omger växtcellerna ger dem strukturellt stöd och minskar vattenförlusten när växterna utsätts för torka. Den andra faktorn är abscisinsyra, ett hormon som reglerar torkanpassning hos alla landväxter.
"Även om växtcellväggar och abscisinsyra är väsentliga för växtlivet, vet vi väldigt lite om de processer som aktiverar abscisinsyraproduktion och reglerar cellväggsstyvhet", säger Hamann.
Men planeten verkar förändras, och det är viktigt att komma före kurvan med stigande temperaturer.
Tillämpad ny teknik
Hamann är för närvarande på en forskningsresidens vid UCLA i Kalifornien. Hans forskargrupp undersökte två modellväxter, krasse (Arabidopsis thaliana) och vanliga trädgårdsärter (Pisum sativum).
Modellväxter är växtarter som av olika anledningar är vanligt förekommande i experiment och därför kan ge jämförbara resultat mellan olika forskningsprojekt. En annan viktig anledning till att de används är att cellerna i modellväxter går igenom en hel livscykel på bara nio veckor, vilket möjliggör en snabb vändning för att slutföra experiment med dem.
Illustrationen visar hur växter anpassar sig till torka. Hormonet THE1 hjälper till att hålla cellväggarna intakta. Torka kan skada väggarna och forskargruppen upptäckte att THE1 reglerar de olika försvarsmekanismer som utlöses av torka. Forskarna kunde manipulera dessa mekanismer, identifiera naturligt existerande växter där regleringsmekanismen är särskilt aktiv och föda upp nya grödor som kan klara förändringarna bättre. Kredit:NTNU
Forskarna anpassade Brillouin-spektroskopi för sina experiment, en mikroskopiteknik som vanligtvis används inom materialteknik, men som de kunde anpassa till sitt syfte.
"Vi använde den här tekniken för att undersöka de små fluktuationerna inuti växtcellerna som påverkar cellväggens styvhet och processerna som reglerar den", säger Hamann.
Forskargruppen kom också fram till resultat som är uppseendeväckande nog att ha publicerats i Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS ) Journal.
Kan vara goda nyheter för jordbruket
"Vi identifierade en molekylär komponent som krävs för att modulera inte bara cellväggsstyvhet utan också abscisinsyraproduktion", säger Hamann.
Denna molekylära komponent kallas THE1 eller Theseus1. Ursprungligen hittades den i thalekrasse, en av de arter som forskargruppen undersökte även denna gång.
De kom fram till ännu mer intressanta resultat genom att kombinera flera resultat från studier om cellbiologi och de kemiska processerna bakom växternas metabolism.
"Vi fann att intakta cellväggar är absolut nödvändiga för att producera abscisinsyra i växterna vi undersökte", säger Hamann.
Utan hela cellväggar fungerar inte växternas anpassningsförmåga. Detta är viktigt att veta.
"Dessa resultat ger nya mekanistiska insikter i processer som är ansvariga för växtanpassning till en föränderlig miljö och torka," säger Hamann.
De kan också vara goda nyheter för jordbruket om de kan hjälpa oss att odla växter som tål torka bättre.
Att öka vår kunskap "gör det möjligt för oss att bättre förbättra skörden genom att använda kunskapsbaserade metoder", säger Hamann.
