Wewnętrzny termometr wskazuje nasionom, kiedy kiełkować

Kiełkowanie to przełomowy etap w życiu rośliny - przestaje wtedy być nasieniem, odpornym na różne ograniczenia środowiskowe w rodzaju warunków klimatycznych czy braku składników odżywczych. Staje się znacznie bardziej wrażliwą siewką. Ważne, aby etap, od którego zależy przeżycie młodej rośliny, był dokładnie kontrolowany.

Szwajcarski zespół kierowany przez naukowców z Uniwersytetu Genewskiego (UNIGE) odkrył wewnętrzny "termometr" nasion, który może opóźnić lub nawet zablokować kiełkowanie, jeśli temperatura jest zbyt wysoka dla przyszłej sadzonki. Uzyskana wiedza może pomóc optymalizować wzrost roślin w kontekście globalnego ocieplenia.

Nowo powstałe nasiona są uśpione: nie są w stanie kiełkować. Dopiero po kilku dniach (lub nawet miesiącach, w zależności od gatunku) nasiona budzą się i nabierają zdolności do kiełkowania w okresie sprzyjającym wzrostowi siewek i produkcji nowych nasion. Jednak nieuśpione nasiona nadal mogą „podejmować decyzje“. Na przykład nieuśpione ziarno, które zostanie nagle wystawione na zbyt wysoką temperaturę (>28 st. C), może zablokować kiełkowanie. Mechanizm ten, zwany termoinhibicją, pozwala na bardzo precyzyjną regulację. Już wahania temperatury o 1 do 2 st. C mogą opóźnić kiełkowanie populacji nasion, a tym samym zwiększyć szanse przeżycia przyszłych siewek.

Grupa Luisa Lopeza-Moliny, profesora na wydziale nauk o roślinach UNIGE zajmowała się kontrolą kiełkowania u Arabidopsis thaliana, gatunku rośliny z rodziny kapustowatych (Brassicaceae), powszechnie wykorzystywanej jako model do badań. Aby zrozumieć mechanizmy detekcji, które pozwalają nasionom reagować na temperaturę, naukowcy zbadali podobne zjawiska obecne u młodych roślin, czyli w bardziej zaawansowanym stadium rozwoju.

Zmiany temperatury są bowiem odczuwane również przez siewki, w przypadku których niewielki wzrost temperatury sprzyja wzrostowi łodygi. Adaptacja ta jest podobna do obserwowanej wtedy, gdy roślina znajduje się w cieniu innej rośliny: wydłuża się, aby uciec z cienia i wystawić się na światło słoneczne, które jest korzystniejsze dla fotosyntezy. Zmiany te są wykrywane przez białko wrażliwe na światło i temperaturę, fitochrom B, które normalnie działa jak hamulec wzrostu roślin. Wzrost o 1 do 2 st. C sprzyja unieczynnieniu fitochromu B, co czyni go mniej skutecznym w zapobieganiu wzrostowi.

Aby zrozumieć, czy fitochrom B odgrywa rolę również w termoinhibicji podczas kiełkowania, autorzy oddzielili dwie tkanki wewnątrz nasion: zarodek (który da młodą roślinę) i bielmo (tkanka odżywcza, która również kontroluje kiełkowanie w nasionach Arabidopsis). W przeciwieństwie do zarodków hodowanych w kontakcie z bielmem, zarodki pozbawione bielma nie są w stanie zatrzymać swojego wzrostu w zbyt wysokiej temperaturze, co prowadzi do ich obumarcia.

„Odkryliśmy, że inhibicja termiczna u Arabidopsis nie jest autonomicznie kontrolowana przez zarodek, ale realizowana przez bielmo, ujawniając nową istotną funkcję dla tej tkanki – wyjaśnia Urszula Piskurewicz, pracownik naukowy w Katedrze Nauk o Roślinach Wydziału UNIGE i pierwszy autor badania. - Innymi słowy, przy braku bielma zarodek w nasieniu nie zauważyłby, że temperatura jest zbyt wysoka i zaczął kiełkować, co byłoby śmiertelne”.

Termiczne hamowanie kiełkowania jest nowym przykładem wpływu zmian klimatycznych na pewne cykliczne zjawiska w życiu roślin (takie jak kiełkowanie czy kwitnienie ). "Oczekuje się, że ta cecha będzie miała wpływ na rozmieszczenie gatunków i uprawę roślin, a wpływ ten będzie rósł wraz ze wzrostem temperatur na całym świecie" - wskazał Luis Lopez-Molina, współautor badania. Lepsze zrozumienie, w jaki sposób światło i temperatura wyzwalają lub opóźniające kiełkowanie nasion może pomóc zoptymalizować wzrost roślin narażonych na szeroki zakres warunków klimatycznych.

Więcej w publikacji źródłowej: DOI: 10.1038/s41467-023-36903-4(PAP)

Autor: Paweł Wernicki

pmw/ agt/