식물은 매우 길며 구부러져 각 잎에 햇빛이 닿을 수 있습니다. 수세기 동안 이 현상을 관찰했음에도 과학자들은 완전히 이해하지 못하고 있습니다. 이제 Salk Institute의 과학자들은 두 가지 식물 요인인 PIF7 단백질과 성장 호르몬 옥신이 식물이 그늘에 있고 동시에 고온에 노출될 때 성장을 가속화하는 방아쇠임을 발견했습니다. 연구소 공식 홈페이지.
29년 2022월 XNUMX일 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 저널에 발표된 이번 연구 결과는 과학자들이 지구 온난화로 인해 작물이 피해를 입음에도 불구하고 식물이 기후 변화에 어떻게 대응하고 수확량을 늘릴 것인지 예측하는 데 도움이 될 것입니다.
"현재 우리는 특정 밀도에서 작물을 재배하고 있지만 우리의 결과는 기후 변화에 따라 식물 성장을 최적화하기 위해 그 밀도를 낮춰야 할 필요가 있음을 나타냅니다."라고 솔크 연구소의 식물 분자 소장인 조앤 초리 교수가 말했습니다. 그리고 세포 생물학 연구소와 Hughes Medical Institute의 연구원인 Howard. "식물이 빛과 온도에 어떻게 반응하는지에 대한 분자적 기초를 이해하면 최상의 수확량을 생산하기 위해 심기 밀도를 미세 조정할 수 있습니다."
발아하는 동안 묘목은 줄기를 빠르게 늘려 토양을 뚫고 최대한 빨리 햇빛을 포착합니다. 일반적으로 줄기는 햇빛에 노출된 후 성장이 느려집니다. 그러나 식물이 햇빛을 받기 위해 주변 식물과 경쟁하거나 상승하는 온도에 반응하여 뜨거운 땅과 식물의 잎 사이의 거리를 늘리면 줄기가 빠르게 다시 늘어날 수 있습니다. 그늘과 고온이라는 두 가지 환경 조건이 줄기 성장을 촉진하지만 수확량도 감소시킵니다.
이 연구에서 과학자들은 높은 심기 밀도와 기후 변화를 모방한 조건인 그늘과 따뜻한 온도에서 동시에 자라는 식물을 비교했습니다. 과학자들은 모델 식물인 Arabidopsis thaliana와 토마토, 담배의 가까운 친척을 사용했는데, 이는 세 가지 식물 종 모두가 이러한 환경 조건에 동등하게 영향을 받는지 확인하는 데 관심이 있었기 때문입니다.
세 종 모두에서 연구원 팀은 이웃 식물이 만드는 그늘을 피하려고 동시에 더 높은 온도에 노출되었을 때 식물이 매우 키가 크다는 것을 발견했습니다. 분자 수준에서 연구자들은 유전자를 켜고 끄는 데 도움이 되는 단백질인 PIF7 전사 인자가 성장을 촉진하는 데 도움이 된다는 것을 발견했습니다. 그들은 또한 작물이 이웃 식물을 발견할 때 성장 호르몬인 옥신의 수준이 증가하여 동시에 더 높은 온도에 반응하여 성장을 촉진한다는 것을 발견했습니다. 이 상승적인 PIF7-옥신 경로를 통해 식물은 환경에 반응하고 최상의 성장 조건을 찾아 적응할 수 있습니다.
관련된 전사 인자인 PIF4도 고온에서 줄기 신장을 자극했습니다. 그러나 그늘과 높은 온도의 조합으로 이 요소는 더 이상 중요한 역할을 하지 않습니다.
연구 제4저자인 Salk Institute의 연구원이자 부교수인 Yogev Burko는 "이전 연구에서 관련 성장 상황에서 PIF7가 중요한 역할을 하지 않는다는 것을 보여주었기 때문에 PIFXNUMX가 중요한 역할을 하지 않는다는 사실에 놀랐습니다."라고 말했습니다. 이스라엘 화산 연구소의 농업 연구 조직. “PIFXNUMX이 이 공장의 지배적인 성장 동인이라는 사실은 정말 놀라운 일이었습니다. 이 새로운 지식을 바탕으로 다양한 작물의 성장 반응을 미세 조정하여 기후 변화에 적응하는 데 도움이 되기를 바랍니다.”
연구자들은 PIF7과 옥신의 효과를 증폭시키는 또 다른 요인이 아직 발견되지 않았다고 믿고 있습니다. 그들은 미래의 연구에서 이 알려지지 않은 요소를 탐구하기를 희망합니다. Berko의 연구실은 또한 이 경로가 작물에서 어떻게 최적화될 수 있는지 연구할 것입니다.
솔크 식물 사용 이니셔티브(Salk Plant Use Initiative)의 공동 리더인 Chori와 식물 생물학 학과장인 Howard H. 및 Maryam R. Newman 의장은 “지구 온도가 상승하고 있으므로 이러한 새로운 조건에서 자랄 수 있는 식량 작물이 필요합니다. "우리는 고온에서 식물의 성장을 조절하는 핵심 요소를 확인했으며, 이는 미래 세대를 먹일 더 생산적인 작물을 재배하는 데 도움이 될 것입니다."