Magyar kutatók fedezték fel a gabonák fagytűrésének genetikai hátterét

Nincsen jövőnk tudomány nélkül, nincsen Qubit nélkületek. Támogasd a munkánkat!

Elsőként kanadai kutatók figyelték meg, hogy a fagyálló búzafajták már viszonylag magas hőmérsékleten (15 Celsius-fokon) képesek az úgynevezett hidegedződésre, míg az érzékeny tavaszi fajták csak a jóval alacsonyabb, 0 Celsius-fok körüli hőmérsékletre reagálnak. Emiatt az érzékeny fajtáknak kevesebb idejük marad az alkalmazkodásra, így jobban károsítja őket az éjszakai fagy.

Az Agrártudományi Kutatóközpont Mezőgazdasági Intézetének (ATK MGI) munkatársai most feltárták, hogy a fagytűrő növények képesek a napfény színképének alkonyatkor beálló változását érzékelni, és ez indítja be náluk a fény spektruma által szabályozott hidegedződés folyamatát. A Biomolecules folyóiratban publikált tanulmányukban azt is megállapították, hogy milyen molekuláris, illetve élettani változások okozzák a fagytűrési képesség növekedését.

Az Eötvös Lóránd Kutatási Hálózat (ELKH) ismertetője szerint nappal a vörös, illetve az úgynevezett távoli vörös (V/TV) fény aránya állandó a színképben, és nem függ a felhők jelenlététől. Alkonyatkor azonban, amikor a Nap a horizont felett kevesebb mint 10 fok magasságban látható a vörös fénytípusok aránya szignifikánsan lecsökken. Ez a jelenség az egyenlítőtől távolodva egyre jelentősebbé válik, továbbá kiemelten jellemző a Föld északi féltekéjének mérsékelt és boreális (szubarktikus) égövein. Azt, hogy a napsugárzás színképének változása valóban hatással van a növényekre, már a 2000-es évek elején igazolták az évelő fás szárú növények esetében. A kutatók akkor leírták, hogy a nyárfaág növekedése gátolható, ha esténként alacsony V/TV-arányt tartalmazó fehér fénnyel világítják meg, továbbá hogy ez a kezelés felgyorsítja a nyírfa rügyfakadását.

A mérsékelt égövön az őszi gabonaféléket októberben vetik, ennek következtében a kikelő csíranövényeknek át kell vészelniük a novemberben előforduló fagyokat, majd az azt követő fagyos telet is. A vetés idején a Nap már alacsonyan jár, emiatt alkonyatkor nő a színképében a távoli vörös fény aránya a vöröshöz képest. 

BúzavetésFotó: Wikipédia

A magyar kutatók abból a hipotézisből indultak ki, hogy a fagyálló gabonák érzékelik a színképnek ezt a változását, és ennek következményeként már viszonylag magas hőmérsékleten beindítják a hidegakklimatizációs folyamatokat, amelynek eredménye a megnövekedett fagyállóság lesz. 

A hipotézis helyességét a kutatók kísérletekkel igazolták: mesterséges körülmények között, +15 Celsius-fokon sikerült a fagytűrő őszi búza és árpa fagyállóságát a színkép módosításának révén növelni. Az is kiderült, hogy a fagyállóságot meghatározó CBF-gének expressziója szignifikánsan nő a spektrumváltozás következtében. A fotoreceptorok ugyanis érzékelik a fény erősségében, illetve színképében bekövetkező változásokat, és ezek alapján szabályozzák a szemek csírázását, a növekedés intenzitását, valamint a virágzás idejét. A fitokrómok (fotoreceptor-pigmentek) érzékelik például a V/TV fény arányának változását.

Különféle génexpressziós vizsgálatok elvégzését követően arra következtetésre jutottak a kutatók, hogy a fitokróm A elősegíti, míg a fitokróm B gátolja a fény által szabályozott fagytűrés kialakulását. Ezek után már csak az a kérdés maradt megválaszolatlanul, hogy milyen olyan metabolomikai változások történnek a levelekben, amelyek eredményeként nő a fagytűrés. Mivel a környezeti tényezők megváltozásakor a növényi hormonok szabályozzák a növények adaptációs válaszait, a kutatók a Prágában dolgozó cseh kollégákkal együttműködve meghatározták, hogy milyen hatást fejt ki a hideg, illetve a fehér fény alacsony V/TV-aránya a kezelt árpalevelek hormonösszetételére. Megállapították, hogy hideg, valamint a modulált fénykezelés együttes hatására bizonyos hormonok mennyisége – például a stressztűrést szabályozó abszcizinsav – is hasonlóan változik.

A különböző hőmérsékletek és/vagy a távoli vörös (FR) fénykezelés által kiváltott növényi hormonválaszok, valamint a kulcsfontosságú hormonmetabolizmussal kapcsolatos gének expressziós változásainak összefoglaló ábrájaFotó: ATK MGI

A hidegedződés során változik a sejthártya lipidösszetétele, ezáltal csökken a viszkozitás, ami akadályozza a fagy okozta membránkárosodást. Az ATK MGI kutatói a Szegedi Biológiai Kutatóközpont munkatársainak segítségével teljes lipidanalízist (lipidomika) is végeztek. Az eredmények arra utalnak, hogy a modulált fehér fény hatása hasonló a hidegedzéséhez a levél lipidösszetételének szempontjábóló. Azt is megállapították, hogy a két környezeti tényező hatása összeadódik. 

Az ELKH közleménye szerint a magyar kutatók úgy gondolják, hogy a fényregulációs folyamat felderítése révén új molekuláris markerek hozhatók létre, célzottan a fagykárok enyhítésére.

Korábbi kapcsolódó cikkeink: