พืชมีการยืดออกสูง งอเพื่อให้ได้รับแสงแดดส่องถึงใบแต่ละใบ แม้จะสังเกตปรากฏการณ์นี้มานานหลายศตวรรษ แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่เข้าใจอย่างถ่องแท้ ตอนนี้ นักวิทยาศาสตร์ที่สถาบัน Salk ได้ค้นพบว่าปัจจัยพืชสองชนิด ได้แก่ โปรตีน PIF7 และฮอร์โมนการเจริญเติบโตออกซิน เป็นตัวกระตุ้นที่เร่งการเจริญเติบโตเมื่อพืชอยู่ในที่ร่มและสัมผัสกับอุณหภูมิสูงในเวลาเดียวกัน เว็บไซต์ทางการของสถาบัน.
ผลการวิจัยที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications เมื่อวันที่ 29 สิงหาคม พ.ศ. 2022 จะช่วยให้นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าพืชจะตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศและเพิ่มผลผลิตอย่างไร แม้ว่าโลกจะร้อนทำลายพืชผลก็ตาม
ศาสตราจารย์ Joanne Chory ผู้อำนวยการ Plant Molecular ของ Salk Institute กล่าวว่า "ตอนนี้ เรากำลังปลูกพืชผลที่ความหนาแน่นระดับหนึ่ง แต่ผลของเราบ่งชี้ว่าเราจะต้องลดความหนาแน่นนั้นลงเพื่อปรับการเจริญเติบโตของพืชให้เหมาะสมเมื่อสภาพอากาศเปลี่ยนแปลง และ Cell Biology Laboratory และ Howard นักวิจัยจาก Hughes Medical Institute "การทำความเข้าใจพื้นฐานระดับโมเลกุลของวิธีการที่พืชตอบสนองต่อแสงและอุณหภูมิจะช่วยให้เราปรับความหนาแน่นของการปลูกได้อย่างละเอียดเพื่อให้ได้ผลผลิตที่ดีที่สุด"
ในระหว่างการงอก ต้นกล้าจะยืดลำต้นอย่างรวดเร็วเพื่อให้ทะลุดินและจับแสงแดดได้เร็วที่สุด โดยปกติลำต้นจะชะลอการเจริญเติบโตหลังจากโดนแสงแดด แต่ลำต้นสามารถยืดออกได้อย่างรวดเร็วอีกครั้งหากพืชต้องแข่งขันกับพืชโดยรอบเพื่อรับแสงแดดหรือเพิ่มระยะห่างระหว่างพื้นดินที่ร้อนและใบของพืชเพื่อตอบสนองต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้น แม้ว่าสภาพแวดล้อมทั้งสองอย่าง - การแรเงาและอุณหภูมิสูง - กระตุ้นการเจริญเติบโตของลำต้น แต่ก็ทำให้ผลผลิตลดลงเช่นกัน
ในการศึกษานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้เปรียบเทียบพืชที่เติบโตในที่ร่มและอุณหภูมิที่อบอุ่นในเวลาเดียวกัน ซึ่งเป็นสภาวะที่เลียนแบบความหนาแน่นของการปลูกที่สูงและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ นักวิทยาศาสตร์ใช้พืชต้นแบบ Arabidopsis thaliana เช่นเดียวกับมะเขือเทศและญาติสนิทของยาสูบ เพราะพวกเขาสนใจที่จะดูว่าพืชทั้งสามชนิดได้รับผลกระทบจากสภาพแวดล้อมเหล่านี้อย่างเท่าเทียมกันหรือไม่
ในทั้งสามสายพันธุ์ ทีมนักวิจัยพบว่าพืชเติบโตสูงมาก เมื่อพวกเขาพยายามหลีกเลี่ยงร่มเงาที่เกิดจากพืชใกล้เคียงและสัมผัสกับอุณหภูมิที่สูงขึ้นพร้อมกัน ในระดับโมเลกุล นักวิจัยพบว่าปัจจัยการถอดรหัส PIF7 ซึ่งเป็นโปรตีนที่ช่วยเปิดและปิดยีน ช่วยเพิ่มการเจริญเติบโต พวกเขายังพบว่าระดับของออกซินซึ่งเป็นฮอร์โมนการเจริญเติบโตเพิ่มขึ้นเมื่อพืชผลพบพืชใกล้เคียงซึ่งส่งเสริมการเจริญเติบโตเพื่อตอบสนองต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นพร้อมกัน วิถีทาง PIF7-auxin ที่ทำงานร่วมกันนี้ช่วยให้พืชตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมและปรับตัวเพื่อค้นหาสภาพการเจริญเติบโตที่ดีที่สุด
ปัจจัยการถอดรหัสที่เกี่ยวข้อง PIF4 ยังกระตุ้นการยืดตัวของลำต้นที่อุณหภูมิสูงด้วย อย่างไรก็ตาม ปัจจัยนี้ไม่ได้มีบทบาทสำคัญอีกต่อไปแล้วด้วยการผสมผสานของร่มเงาและอุณหภูมิที่สูงขึ้น
"เรารู้สึกประหลาดใจที่พบว่า PIF4 ไม่มีบทบาทสำคัญเพราะการศึกษาก่อนหน้านี้ได้แสดงให้เห็นถึงความสำคัญของปัจจัยนี้ในสถานการณ์การเติบโตที่เกี่ยวข้อง" ผู้เขียนคนแรกของการศึกษา Yogev Burko นักวิจัยจากสถาบัน Salk และรองศาสตราจารย์ที่ องค์กรเพื่อการวิจัยการเกษตรที่สถาบันภูเขาไฟอิสราเอล “ความจริงที่ว่า PIF7 เป็นตัวขับเคลื่อนการเติบโตที่โดดเด่นสำหรับโรงงานแห่งนี้ เป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจอย่างยิ่ง ด้วยความรู้ใหม่นี้ เราหวังว่าจะปรับแต่งการตอบสนองการเติบโตของพืชผลต่างๆ เพื่อช่วยให้ปรับตัวเข้ากับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ”
นักวิจัยเชื่อว่ายังมีปัจจัยอื่นที่ยังไม่ถูกค้นพบที่ขยายผลของ PIF7 และออกซิน พวกเขาหวังว่าจะสำรวจปัจจัยที่ไม่รู้จักนี้ในการศึกษาในอนาคต ห้องปฏิบัติการของ Berko จะศึกษาด้วยว่าเส้นทางนี้สามารถปรับให้เหมาะสมในพืชผลได้อย่างไร
Chori หัวหน้าร่วมของ Salk Plant Use Initiative และ Howard H. และ Maryam R. Newman ประธานฝ่าย Plant Biology กล่าวว่า "อุณหภูมิโลกกำลังสูงขึ้น เราจึงต้องการพืชอาหารที่สามารถเติบโตได้ในสภาพใหม่เหล่านี้ “เราได้ระบุปัจจัยสำคัญที่ควบคุมการเจริญเติบโตของพืชที่อุณหภูมิสูง ซึ่งจะช่วยให้เราปลูกพืชผลมากขึ้นเพื่อเป็นอาหารแก่คนรุ่นต่อไปในอนาคต”