두 개의 간행물에서 위트레흐트 생물 학자와 국제 동료들은 식물이 온기에 적응하기 위해 사용하는 과정을 설명합니다. 이 발견은 식물이 최적이 아닌 고온에서 어떻게 최적으로 기능하는지에 대한 통찰력을 제공합니다. 또한 식물의 성장을 통제하고 지구 온난화에 대한 저항력을 높이는 디딤돌이 될 수 있습니다. 연구자들은 The Plant Journal과 Nature Communications에 결과를 발표합니다.
사막의 북극곰
그러나 많은 식물 종은 고온에 대처하는 방법을 개발했습니다. "동물과 달리 많은 식물은 온기 및 기타 환경 요인에 반응하여 체형에 적응할 수 있습니다."라고 위트레흐트 대학에 소속되어 있으며 두 출판물에 모두 기여한 연구원 Martijn van Zanten은 말합니다. “동물은 완전히 다른 이야기입니다. 간단히 말해서, 사막에 북극곰을 놓아도 두꺼운 모피 코트를 입은 북극곰처럼 보일 것입니다. 그러나 식물이 더 따뜻한 조건에서 자라면 그에 따라 체형에 적응할 것입니다. 이런 식으로 공장은 덜 유리한 조건에서 최적의 기능을하려고합니다.”
소형에서 개방형 플랜트 형태로
많은 식물 종은 줄기와 잎의 모양을 조정하여 고온에 더 잘 견딜 수 있습니다. 많은 식물 생물 학자들이 가장 좋아하는 식물 모델로 간주하는 탈레 유채과 야채 (Arabidopsis thaliana)도 마찬가지입니다. 추운 조건에서이 식물은 콤팩트하고 잎이 땅에 가깝습니다. 온도가 상승하면 더 열린 자세를 취합니다. 예를 들어 잎은 더 똑 바르게됩니다. 이것은 태양으로부터의 직접적인 복사를 크게 감소시킵니다. 또한 잎 줄기가 늘어나 더 많은 바람이 잎을 통과하고 열을 분산시킬 수 있습니다.
원치 않는 스트레칭
그러나 작물과 (절단) 꽃에서 이런 종류의 스트레칭은 종종 원하지 않습니다. 늘어나는 것이 제품 품질을 저해 할 수 있기 때문에 재배자는 이러한 변화를 통제하기를 원합니다. “그러나 동시에 기후 변화로 인한 고온에 더 잘 견디는 작물을 만들기 위해서는 적응이 필요합니다. 이는 장기적으로 생산을 유지하는 데 필요합니다.”라고 Van Zanten은 말합니다.
식물을 기후에 더 잘 견디도록 만들기
Van Zanten은“많은 경작 작물이 고온에 잘 반응하는 능력을 상실했습니다. “다양한 작물에서 육종가가 주로 다른 형질에 초점을 맞추었기 때문에 사육 및 육종 과정에서 사라졌습니다.”
기후 변화로 인해 온도가 상승함에 따라 Van Zanten은 식물이 기후에 더 잘 견디도록해야 할 필요성이 증가하고 있다고 말했습니다. “이는 식물이 고온에 어떻게 대처하는지에 대한 지식이 필요합니다. 수신 한 온도 신호를 성장 적응으로 어떻게 변환합니까? 식물이 최적이 아닌 온도에 적응하는 분자 메커니즘을 연구하면 도구가 번식을 통해 작물의 구조를 조정할 수 있습니다.”
분자 메커니즘이 열 자세를 전환합니다.
더 이상 고온에 적응하지 않는 탈레 유채 꽃은 특정 화학 물질에 노출되면 그 능력을 회복 할 수 있습니다. 이것은 Van Zanten이 이끄는 국제 연구 팀에 의해 발견되었습니다. 팀은 더 이상 고온에 적응하지 않는 탈레 유채과 야채 돌연변이에 대해 많은 물질을 테스트했습니다. 그들은 심지어 낮은 온도에서도 어린 식물의 고온에 적응할 수있는 분자를 발견했습니다.
연구자들은이 화합물을 'Heatin'이라고 부릅니다. 분자를 화학적으로 변형 한 다음 가열에 결합 할 수있는 단백질을 연구하여 니트 릴라 아제라는 단백질 그룹을 발견했습니다. 확인 된 하위 그룹은 양배추 및 탈레 유채과 관련된 종에서만 발생하는 것으로 알려져 있습니다.
식물 육종 회사와 함께 생물 학자들은 실제로 양배추 종이 난방에 반응한다는 것을 발견했습니다. 그들은 또한 니트릴이 고온 적응을 위해 필요하다는 것을 발견했습니다. 아마도 잘 알려진 성장 호르몬 인 옥신을 생산할 수 있기 때문일 것입니다. 연구원들은이 발견을 The Plant Journal에 발표했습니다.
고온 적응을위한 새로운 경로
Heatin 결과의 발표는 오늘날 Nature Communications의 다른 간행물과 일치합니다. 이 연구는 벨기에 VIB 연구소의 과학자들이 주도했으며 Van Zanten도 참여했습니다. 연구팀은 식물이 따뜻한 환경에 적응하는 방식을 조절하는 이전에 알려지지 않은 단백질을 발견했습니다. 이 단백질은 MAP4K4 / TOT3으로 명명되었으며 TOT는 온도 목표를 의미합니다.
놀랍게도, TOT3 구동 과정은 생물 학자들이 지금까지 식물의 온기 적응과 연관시킨 다른 모든 신호 전달 경로와 거의 독립적입니다. 또한 TOT3에 의한 적응은 식물에 비추는 빛의 양과 구성에 의존하지 않는 것으로 보입니다.
Van Zanten :“식물이 변화하는 빛의 조성과 고온에 적응하는 분자 메커니즘에는 많은 중첩이 있습니다. TOT3를 사용하면 식물이 빛을 처리하는 방식을 방해하지 않고 고온에서 성장을 제어 할 수있는 요소가 생겼습니다.”
광범위한 응용
Van Zanten은“이를 더욱 흥미롭게 만드는 것은 TOT3가 탈레 유채과 밀에서 고온에서 성장 적응에 비슷한 역할을한다는 것입니다. 이 두 종은 유 전적으로 상당히 분리되어 있습니다. 따라서 광범위한 애플리케이션에 큰 잠재력을 제공합니다. "
성장 억제제의 대안
궁극적으로 TOT3의 발견과 니트 릴라 제의 역할은 기후 변화로 인해 기온이 상승하더라도 충분한 작물을 계속 재배하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 발견은 또한 현재 식물 성장을 억제하는 데 자주 사용되는 화학 물질에 대한 대안을 개발할 기회를 제공합니다. 예를 들어 Van Zanten은 온도 변화에 매우 강하게 반응하는 절화를 언급합니다. 따라서 화초 재배에서는 식물을 멋지고 컴팩트하게 유지하기 위해 많은 성장 억제제가 사용됩니다.
"예를 들어 튤립을 구입하는 순간에도 여전히 멋진 짧은 줄기가 있습니다."라고 Van Zanten은 말합니다. “하지만 집에서 며칠이 지나면 꽃병 가장자리에 매달리기 시작합니다. 실내 온도가 높을수록 식물이 늘어져 결국 절뚝 거리고 구부러집니다. 새로운 지식이 고온에서 덜 늘어나는 새로운 꽃 품종을 선택하는 데 기여하기를 바랍니다. 이런 식으로 우리는 유해한 성장 억제제의 사용을 줄일 수 있습니다.”
자세한 내용은 다음을 참조하십시오 :
유트레히트 대학교
www.uu.nl