Nepastovūs orai ir staigūs temperatūros svyravimai vis dažniau smogia žemės ūkiui, o augalams tenka prisitaikyti per valandas ar net minutes. Naujas tyrimas rodo, kad kai kurie augalai turi vidinį mechanizmą, leidžiantį išlaikyti fotosintezę veiksmingą tiek atvėsus, tiek atšilus, pakeičiant vieno svarbiausių baltymų veikimą.
Proceedings of the National Academy of Sciences publikuotame darbe aprašoma, kad augalai gali nepastebimai „perkonfigūruoti“ fermentą rubisko, kuris fotosintezėje suriša anglies dioksidą ir padeda gaminti cukrus augimui. Nors rubisko dažnai laikomas lėtu ir neefektyviu fermentu, tyrėjai rodo, jog jo veikimas gali būti reguliuojamas smulkiais struktūriniais pokyčiais.
Mechanizmas aptiktas modeliniame augale Arabidopsis thaliana, plačiai naudojamame augalų biologijoje. Tokie modeliniai organizmai leidžia tiksliai sekti baltymų sudėtį ir pokyčius ląstelėse, o vėliau šias žinias taikyti žemės ūkio kultūroms.
Kaip rubisko prisitaiko prie temperatūros
Rubisko sudarytas iš didžiųjų ir mažųjų subvienetų, o būtent mažieji subvienetai, kaip rodo tyrimas, veikia kaip reguliavimo „sluoksnis“. Keičiantis temperatūrai, augalas gali parinkti kitokius mažųjų subvienetų variantus ir taip pakeisti viso fermento „elgseną“.
Vėsesnėmis sąlygomis, maždaug apie 10 laipsnių Celsijaus, rubisko įgauna tokią formą, kuri leidžia reakcijoms vykti sparčiau. Tai padeda kompensuoti natūralų cheminių reakcijų lėtėjimą šaltyje ir palaikyti cukrų gamybą, nuo kurios priklauso augimas.
Atšilus rubisko gali pereiti į stabilesnę, labiau „sutvirtintą“ konfigūraciją. Tokia forma, pasak tyrėjų, gali patikimiau išlaikyti anglies dioksido surišimą ir mažinti energijos nuostolius, kurie dažnėja esant šiluminiam stresui.
Smulkūs pokyčiai, didelė nauda žemės ūkiui
Tyrimas parodė, kad rubisko molekulės nebūtinai būna vienodos: dalis jų sudaro mišrias versijas, kuriose derinami skirtingi mažųjų subvienetų tipai. Eksperimentuose 54–72 proc. rubisko baltymų aptikta būtent hibridinėse formose, o tai rodo ne atsitiktinumą, bet lankstumą.
Tokio lankstumo reikšmė ypač išryškėja, kai dažnėja karščio bangos ir staigūs atšalimai. Žemės ūkio augalai negali „pasitraukti“ iš nepalankių sąlygų, todėl jų produktyvumas priklauso nuo to, kaip greitai biochemija prisitaiko prie temperatūros šuolių.
Mokslininkai tikisi, kad geresnis rubisko reguliavimo supratimas atvers papildomą kryptį selekcijai ir biotechnologijoms. Praktinis tikslas – sukurti veisles, kurios mažiau prarastų fotosintezės efektyvumą šaltyje ar karštyje, o tai aktualu tokioms kultūroms kaip ryžiai ir bulvės, taip pat sojos, medvilnė, miežiai ar kukurūzai.
Kol kas rezultatai gauti su Arabidopsis thaliana, tačiau tolesni tyrimai bus orientuoti į svarbiausias žemės ūkio kultūras ir į tai, kaip tiksliai augalai ląstelėse „pasirenka“ vienus ar kitus rubisko subvienetus. Jei mechanizmą pavyks perkelti ar sustiprinti, jis galėtų tapti vienu iš atsakų į klimato kaitos keliamą derliaus nestabilumą.
Šaltiniai:
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2519914123
https://www.earth.com/news/plants-found-a-way-to-reshape-themselves-to-survive-temperature-swings/
Leave a Reply