Rośliny wykorzystują cukier, produkowany w procesie fotosyntezy, jako kluczowy sygnał do wykrywania i reagowania na ciepło w ciągu dnia, co może prowadzić do stworzenia bardziej odpornych upraw. Odkrycie to ma szczególne znaczenie w kontekście zmian klimatycznych, które coraz bardziej wpływają na polskie rolnictwo.
Niedawne badania, prowadzone przez profesora Meng Chena na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside, ujawniły nowy mechanizm u roślin, który pozwala im wyczuwać ciepło w ciągu dnia. To odkrycie kwestionuje dotychczasowe teorie, które skupiały się głównie na sensorach nocnych. Badania podkreślają kluczową rolę cukru w tym procesie, oferując pełniejszy obraz tego, jak rośliny adaptują się do swojego otoczenia. Może to być przełom w hodowli roślin odpornych na susze i upały, które coraz częściej dotykają Polskę.
Naukowcy tradycyjnie uważali, że białka takie jak fitochrom B i wczesne kwitnienie 3 (ELF3) są głównymi sensorami ciepła, aktywnymi głównie w nocy. Jednak te modele nie wyjaśniały, jak rośliny reagują na ciepło w ciągu dnia, kiedy zarówno światło, jak i temperatura są wysokie. Aby to zbadać, zespół wykorzystał Arabidopsis, małą roślinę kwitnącą, często używaną w badaniach genetycznych. Wystawili rośliny na różne temperatury i warunki oświetleniowe, obserwując, jak ich łodygi, zwane hypokotylami, rosły w odpowiedzi na ciepło.
Wyniki pokazały, że zdolność fitochromu B do wykrywania ciepła zmniejszała się w jasnym świetle. Pomimo tego rośliny nadal reagowały na ciepło, co sugerowało, że działają inne sensory. Dalsze testy wykazały, że rośliny mogą reagować na ciepło w świetle, ale nie w ciemności, kiedy fitochrom B nie działał. Dodanie cukru do podłoża wzrostu przywróciło tę reakcję, co wskazuje, że cukier działa jako sygnał dla wyższych temperatur.
Badanie wykazało również, że wyższe temperatury powodują rozkład skrobi w liściach, uwalniając sacharozę. Ten cukier stabilizuje białko zwane PIF4, które kontroluje wzrost. Bez sacharozy PIF4 szybko ulegał degradacji; z nią białko gromadziło się i stawało się aktywne, gdy inny sensor, ELF3, również reagował na ciepło. Ten podwójny mechanizm, obejmujący cukier i białka, pozwala roślinom dostosować swój wzrost w odpowiedzi na ciepło w ciągu dnia. To odkrycie, opublikowane w Nature Communications w 2025 roku, oferuje bardziej szczegółowe zrozumienie termosensingu roślin.
Zrozumienie, jak rośliny wyczuwają ciepło w ciągu dnia, jest niezwykle ważne dla tworzenia praktyk rolniczych, które zapewnią bezpieczeństwo żywnościowe w zmieniającym się klimacie. Te badania mogą pomóc w opracowaniu upraw, które są bardziej odporne na ekstremalne temperatury. Ta wiedza może być wykorzystana do hodowli roślin, które lepiej wytrzymają skutki zmian klimatycznych, zapewniając stabilne dostawy żywności, co jest szczególnie ważne dla Polski w kontekście europejskiego bezpieczeństwa żywnościowego.