צמחים מוארכים מאוד, מתכופפים כדי לאפשר גישה של אור השמש לכל אחד מהעלים שלהם. למרות התבוננות בתופעה זו במשך מאות שנים, מדענים אינם מבינים אותה במלואה. כעת גילו מדענים במכון סאלק ששני גורמים צמחיים - החלבון PIF7 והורמון הגדילה אוקסין - הם טריגרים שמאיצים את הצמיחה כאשר הצמחים נמצאים בצל וחשופים לטמפרטורות גבוהות בו זמנית. האתר הרשמי של המכון.
הממצאים, שפורסמו בכתב העת Nature Communications ב-29 באוגוסט 2022, יסייעו למדענים לחזות כיצד צמחים יגיבו לשינויי האקלים ויגדילו את התפוקה למרות התחממות כדור הארץ הפוגעת ביבולים.
"כרגע, אנחנו מגדלים יבולים בצפיפות מסוימת, אבל התוצאות שלנו מצביעות על כך שנצטרך להוריד את הצפיפות הזו כדי לייעל את צמיחת הצמחים עם שינויי האקלים", אומרת הסופרת הבכירה פרופסור ג'ואן צ'ורי, מנהלת מולקולרית הצמחים של מכון סאלק. והמעבדה לביולוגיה של התא והווארד, חוקר במכון הרפואי יוז. "הבנת הבסיס המולקולרי של איך צמחים מגיבים לאור ולטמפרטורה תאפשר לנו לכוונן את צפיפות השתילה כדי להפיק את התשואות הטובות ביותר."
במהלך הנביטה, שתילים מאריכים במהירות את הגבעולים שלהם כדי לפרוץ את האדמה וללכוד את אור השמש במהירות האפשרית. בדרך כלל, הגבעול מאט את צמיחתו לאחר חשיפה לאור השמש. אבל הגבעול יכול להתארך שוב במהירות אם הצמח מתחרה עם הצמחים מסביב על אור השמש או מגדיל את המרחק בין האדמה החמה לעלי הצמח בתגובה לעלייה בטמפרטורות. בעוד ששני התנאים הסביבתיים - הצללה וטמפרטורות גבוהות - מעוררים את צמיחת הגבעולים, הם גם מפחיתים את התשואות.
במחקר זה השוו המדענים בין צמחים הגדלים בצל ובטמפרטורות חמות בו זמנית - תנאים המחקים צפיפות שתילה גבוהה ושינויי אקלים. המדענים השתמשו בצמח הדגם Arabidopsis thaliana, כמו גם בעגבנייה ובקרוב משפחה של טבק, מכיוון שהם היו מעוניינים לראות אם כל שלושת מיני הצמחים מושפעים באותה מידה מתנאי הסביבה הללו.
בכל שלושת המינים, צוות החוקרים מצא כי הצמחים צמחו לגובה רב כאשר הם ניסו להימנע במקביל מהצל שנוצר על ידי צמחים שכנים ונחשפו לטמפרטורות גבוהות יותר. ברמה המולקולרית, החוקרים מצאו שגורם השעתוק PIF7, חלבון שעוזר להדליק ולכבות גנים, עזר להגביר את הצמיחה. הם גם מצאו שרמות האוקסין, הורמון גדילה, עלו כאשר גידולים מצאו צמחים שכנים, מה שעודד צמיחה בתגובה לטמפרטורות גבוהות יותר בו-זמנית. מסלול סינרגטי זה של PIF7-auxin אפשר לצמחים להגיב לסביבתם ולהסתגל בחיפוש אחר תנאי הגידול הטובים ביותר.
גורם שעתוק קשור, PIF4, עורר גם התארכות גזע בטמפרטורות גבוהות. עם זאת, עם שילוב של צל וטמפרטורות גבוהות, גורם זה כבר לא שיחק תפקיד חשוב.
"הופתענו לגלות ש-PIF4 אינו ממלא תפקיד חשוב מכיוון שמחקרים קודמים הראו את החשיבות של גורם זה במצבי גדילה קשורים", אומר מחבר המחקר הראשון יוגב בורקו, עמית מחקר במכון סאלק ופרופסור חבר ב- הארגון למחקר חקלאי במכון הרי הגעש הישראלי. "העובדה ש-PIF7 הוא מניע הצמיחה הדומיננטי של המפעל הזה הייתה הפתעה אמיתית. עם הידע החדש הזה, אנו מקווים לכוונן את תגובת הצמיחה של גידולים שונים כדי לעזור להם להסתגל לשינויי האקלים".
החוקרים מאמינים שיש גורם נוסף שעדיין לא התגלה שמגביר את ההשפעה של PIF7 ואוקסין. הם מקווים לחקור את הגורם הלא ידוע הזה במחקרים עתידיים. המעבדה של ברקו גם תחקור כיצד ניתן לייעל את המסלול הזה בגידולים.
"הטמפרטורות העולמיות עולות, ולכן אנו זקוקים לגידולי מזון שיכולים לגדול בתנאים החדשים הללו", אומר צ'ורי, מנהיג שותף של יוזמת השימוש בצמחי סאלק והאוורד ה. ומריאם ר. ניומן, יו"ר ביולוגיה של צמחים. "זיהינו את גורמי המפתח המווסתים את צמיחת הצמחים בטמפרטורות גבוהות, מה שיעזור לנו לגדל יבולים פרודוקטיביים יותר כדי להאכיל את הדורות הבאים."