Heet weer verzwakt het immuunsysteem van planten, studie vindt

Wetenschappers proberen al lang te begrijpen waarom planten kwetsbaarder worden voor ziekten als de temperatuur stijgt.

Terwijl relevant onderzoek aan de gang is, zocht een groep onderzoekers van universiteiten over de hele wereld naar manieren om het vermogen van de planten om zich te verdedigen tegen ziekteverwekkers bij warm weer te herstellen.

"Planten krijgen veel meer infecties bij warme temperaturen omdat hun basale immuniteit laag is”, zegt Sheng-Yang He, een plantenbioloog aan de Duke University die het onderzoeksteam leidde. ​"Dus we wilden weten, hoe voelen planten de hitte? En kunnen we het echt repareren om planten hittebestendig te maken?”

De studies, gepubliceerd in Nature, gericht op Arabidopsis thaliana, een bescheiden onkruid dat algemeen bekend staat als de muisoorkers, beschouwd als de ​'lab rat of plants' door plantenbiologen. Arabidopsis thaliana gedijt op bermen, open paden en braakliggende terreinen en wordt wereldwijd gebruikt in experimenten vanwege de korte levenscyclus en het korte en gemakkelijk aan te passen genoom.

De wetenschappers zeiden dat het belangrijkste verdedigingshormoon van Arabidopsis thaliana salicylzuur is, dat door veel planten, waaronder belangrijke gewassen, wordt gebruikt om ziekten te weerstaan. De aanmaak van salicylzuur kan echter verstoord worden als de temperatuur enkele graden stijgt.

"Extreem weer geassocieerd met klimaatverandering beïnvloeden veel aspecten van het planten- en dierenleven, inclusief de reactie op infectieziekten”, schreven de onderzoekers. ​"De productie van salicylzuur, een centraal plantenverdedigingshormoon, is bijzonder kwetsbaar voor onderdrukking door korte perioden van warm weer boven het normale temperatuurbereik van de plantengroei via een onbekend mechanisme.”

Na jarenlang laboratoriumwerk isoleerden de onderzoekers het CBP60g-gen, dat de productie van het salicylzuurhormoon in planten kan tegenhouden als de temperatuur stijgt, waardoor hun afweermechanisme wordt geneutraliseerd. De oplossing omzeilde genetisch het gen om de afweer van de plant bij hogere temperaturen te herstellen.

"Dit was een meerjarige en multi-institutionele inspanning”, vertelde Christian Danve Castroverde, bioloog aan de Wilfrid Laurier University in Canada en co-auteur van de studie. Olive Oil Times.

"In 2013 ontdekten [we] dat korte perioden van hoge temperatuur de hormoonafweer van Arabidopsis-planten dramatisch beïnvloeden tegen infectie door een bacterie genaamd Pseudomonas syringae, "voegde hij eraan toe. ​"Na nog een aantal jaren waren we er uiteindelijk in geslaagd de moleculaire basis te identificeren van hoe de immuniteit van Arabidopsis wordt onderdrukt door warme temperatuuromstandigheden."

De onderzoekers omzeilden het gen in het lab door a . toe te voegen ​'promotor.' De korte DNA-sequentie dwingt het gen om te transcriberen (kopieer de DNA-sequentie in een RNA-molecuul), waardoor het vermogen van Arabidopsis thaliana om het salicylzuurhormoon te produceren, wordt hersteld.

"Met inbegrip van de salicylzuurreceptor en biosynthetische genen, was geoptimaliseerde CBP60g-expressie voldoende om de salicylzuurproductie, basale immuniteit en effector-getriggerde immuniteit in grote lijnen te herstellen bij de verhoogde groeitemperatuur zonder significante groei-afwegingen”, schreven de onderzoekers.

Het team is begonnen met het testen van genmodificatie op voedselgewassen zoals koolzaad. Ze zijn ook van plan om te experimenteren met meer gewassen, waaronder tarwe en aardappelen. Castroverde zei echter dat er een aanzienlijke hoeveelheid veldonderzoek nodig is voordat de fix op grote schaal wordt toegepast.

"Veel planten hebben CBP60g-achtige genen, en veel van hen hebben het vermogen om salicylzuur te maken,” zei hij. ​"Het lijkt erop dat planten al een wapen in hun arsenaal hebben. Onze uitdaging is nu om deze kracht te benutten. Op het gebied van landbouwtoepassingen denk ik dat we moeten wachten tot we succesvolle resultaten hebben in veldproeven.”

Niettemin veronderstelt de specifieke oplossing die het onderzoeksteam voorstelt om het immuunsysteem van planten te herstellen, dat consumenten bereid zijn om meer genetische manipulatie van hun voedsel te accepteren.

"As klimaatverandering versnelt, zullen we onder druk komen te staan ​​om dingen in het lab te leren en ze sneller in het veld te brengen”, zegt Marc Nishimura, een expert in plantimmuniteit aan de Colorado State University, die niet betrokken was bij het onderzoek. ​"Ik zie niet in hoe we dit gaan doen zonder meer acceptatie van genetisch gemodificeerde planten.”

Nog een studies gepubliceerd door onderzoekers van de Chinese Universiteit van Hong Kong in juni waarschuwden dat de gewasopbrengsten tegen 20 wereldwijd met 2050 procent zouden kunnen dalen als gevolg van ozonvervuiling en de effecten van klimaatverandering

Ondanks hun succes bij het herstellen van de afweer van Arabidopsis thaliana tegen hitte, benadrukten de onderzoekers het feit dat de kloof in het begrijpen hoe een opwarmend klimaat de effectiviteit van het immuunsysteem van de plant beïnvloedt, is ​"een belangrijk punt van zorg voor de toekomstige landbouwproductiviteit, het behoud van ecosystemen en de opkomst van nieuwe pandemieën van plantenziekten.”

Ze voegden er echter aan toe dat hun resultaten erop wijzen dat gewassen in de toekomst resistenter worden.

"We waren in staat om het immuunsysteem van de hele plant robuuster te maken bij warme temperaturen”, zegt He, de plantenbioloog van Duke. ​"Als dit ook geldt voor gewassen, is dat heel erg, want dan hebben we een heel krachtig wapen.”

• Bedraad
• De aarde