Znanstvenici otkrivaju kako biljke dok rastu izbjegavaju sjene

Iako djeluju nježne, biljke su vrlo kompetitivne, pogotovo kada je u pitanju njihov udio sunčevih zraka za koje se odvija bitka, bilo da se radi o šumi ili farmi.

Glavno oružje biljaka u ovoj bitci je sposobnost da rastu prema svjetlu zbog čega dobivaju točnu količinu svjetla koja im je potrebna te uz to zasjenjuju konkurenciju. Znanstvenici s Instituta za biološka istraživanja Salk su točno odredili kako lišće pokazuje stabljici da raste kada se biljka nađe u sjeni.

U radu objavljenom 15. travnja u časopisu Genes and Development, istraživači su izvijestili da protein koji se zove phytochrome interacting factor 7 (PIF7) služi kao glavni prenositelj poruka između staničnih svjetlosnih senzora i proizvodnje auksina, hormona koji stimulira rast stabljike.

„Znali smo kako lišće osjeća svjetlost i da auksin utjeće na rast, ali nismo znali točne puteve koji povezuju ta dva temeljna sistema. Sada kada znamo da je PIF7 prenositelj, imamo novo oruđe za razvoj usjeva koje optimizira iskorištenost obrađene površine te se zbog toga proizvodnja hrane ili sirovine za biogoriva i bioobnovljive kemikalije povećava,“ kaže Joanne Chory, profesorica i upraviteljica Salkovog biološkog laboratorija za biljke te istraživačica na Medicinskom institutu Howard Huges.

Biljke sakupljaju informacije o svojoj situaciji vezanoj uz svjetlost – uključujući pitanje jesu li okružene ostalim biljkama koje žele ukrasti njihovu svjetlost – pomoću fotosenzitivnih molekula u njihovom lišću. Ti senzori određuju je li biljka u potpunosti pod sunčevim svjetlom ili u sjeni drugih biljaka, prema duljini valova kojima crvena svjetlost pada na lišće.

Ako se biljka koja voli biti na suncu, poput vrtne grbice (Arabidopsis thaliana) koju Chory istražuje, nađe na sjenovitom prostoru, senzori će kazati stanicama u stabljici da se produlje što omogućuje biljci da raste prema gore prema sunčevoj svjetlosti.

Doduše, ako biljka duže vrijeme boravi na sjenovitom prostoru, može procvjetati ranije, s manje sjemena da bi omogućila potomcima da se rašire na neko područje s više sunca. U poljoprivredi, ovakva reakcija, poznata kao sindrom izbjegavanja sjene, rezultira gubitkom usjeva jer su redovi biljaka zasađeni preblizu jedan drugome pa biljke jedna drugoj blokiraju svjetlost.

Znanstvenici su znali da se pigment koji se nalazi u lišću vrtne grbice, fitokrom B (PHYB), pobuđuje crvenim svjetlosnim valovima koji potiču fotosintezu i skoro infracrvenom svjetlošću kojom je obogaćen sjenoviti prostor. No nitko nije našao direktnu poveznicu između te reakcije na svjetlo i hormonski potaknutog rasta kao reakcije na sjenu.

U njihovom istraživanju su Chory i njezini kolege, uključujući Josepha J. Eckera, profesora u Laboratoriju za molekularnu i staničnu biologiju biljaka instituta Salk, koristili biokemijske i genomske analize da bi identificirali PIF7 kao ključnu molekularnu vezu između svjetlosnih senzora i proizvodnje auksina u biljci.

Pokazali su da kad se vrtna grbica nalazi u sjeni, dolazi do postepenih promjena u stanicama u lišću: PHYB receptor svjetlosti uzrokuje kemijske promjene na PIF7, koji nakon toga aktivira gene koji narede stanici da proizvede auksin.

„Znali smo otprije da se auksin proizvodi u lišću i da putuje do stabljike da stimulira rast,“ kaže Choy. „Sada znamo kako sjena stimulira lišće da proizvede auksin i ispada kako je nevjerojatno jednostavan put  do kontrole jedne tako značajne funkcije.“