Vnější prostředí s takovými rizikovými vlivy, jako je počasí či znečištění, je pro rostlinnou produkci a tvorbu výnosu velkou výzvou. S některými faktory si zvládnou rostliny poradit samy, u jiných potřebují součinnost volně žijících organismů či je ovlivňuje člověk svou činností.
Zemědělství má řadu „nepřátel“ – jedním z nich je počasí, které si zejména v posledních letech „dělá co chce“. Občas to vypadá, že se musí všechna roční období vystřídat během několika týdnů, jindy se musíme vypořádat s tím, co sice není vůbec neobvyklé, ale my z toho zrovna nadšení nejsme. Inu, jaro je prostě tím obdobím, kdy ráno vycházíme z domu v zimním kabátě a odpoledne se vracíme v tričku s krátkým rukávem. Člověk tyto změny (sice ne vždy s nadšením) zvládne poměrně snadno, ale co rostliny, které se také musí vyrovnat s mrazivými rány a teplými dny?
Problematické ranní mrazíky
Nízké teploty mohou poškodit rostlinné buňky, zejména v kombinaci mrazivých teplot s příliš velkým množstvím světla. Pro fotosyntetizující rostliny představuje mrazivý jarní úsvit nebezpečí, na které si musely vyvinout způsob ochrany. Výzkumníci chtěli o těchto rostlinných schopnostech vědět víc a na studii spolupracovali vědci z John Innes Centre, University of Bristol, Tokyo Institute of Technology, Nippon Telegraph and Telephone Corporation v Japonsku a Durham University. Podařilo se jim objevit mechanismus „zvládání chladu“, který je pod kontrolou biologických hodin rostlin a mohl by nabídnout cestu pro šlechtění větší odolnosti zemědělských plodin, které jsou zatím méně vhodné pro chladnější podmínky.
Podle profesora Antonyho Dodda, vedoucího skupiny z John Innes Centre, identifikovali nový proces, který pomáhá rostlinám snášet chlad. Plodiny, jako je ozimá pšenice a ozimá řepka olejka, zažívají v určitých obdobích svého pěstování týdny s velmi nízkými teplotami a poměrně vysokou dávkou světla. Vědci se domnívají, že by tento mechanismus mohl být zdrojem větší odolnosti fotosyntézy vůči nízkým teplotám, a tak představuje zajímavý cíl pro budoucí precizní šlechtění klimaticky odolných plodin. Centrem vědeckého zájmu se staly chloroplasty, které obsahují svůj vlastní malý genom, jenž odráží evoluční minulost fotosyntetických bakterií, než byly pohlceny a kooptovány rostlinami k provádění fotosyntézy. V průběhu evoluce se mnoho genů z chloroplastů přeneslo do genomu rostlinného jádra, i když si chloroplasty některé základní geny uchovaly. Tým vědců se zaměřil na jedno takové bakteriální genetické „dědictví“ zvané sigma faktor (SIG5), protože srovnatelné sigma faktory přispívají u bakterií k reakci na teplotu.
V experimentech, které probíhaly v kontrolovaných laboratorních podmínkách, vědci manipulovali se světelnými podmínkami a podrobovali rostliny působení chladu. Odstranění rostlin z běžného cyklu dne a noci umožnilo výzkumníkům lépe studovat volně fungující rytmy rostlinných biologických nebo cirkadiánních hodin. U rostlin, stejně jako u lidí, působí 24hodinový cyklus, jenž v jejich buňkách reguluje řadu základních biologických procesů. Experimenty jim ukázaly citlivost genu SIG5 na působení chladu brzy ráno, a to právě pod kontrolou cirkadiánních hodin. Tým vyslovil teorii, že SIG5 funguje jako součást signální sítě, která spojuje rostlinné jádro s chloroplasty a reguluje aktivity, které mohou chránit rostlinu před škodlivými vlivy prostředí. Pokud je okolní teplota nízká, pak se některé enzymy účastnící se fotosyntézy rychle rozpadají. Vědci se domnívají, že se jedná o proces, který je řízen jádrem. Když rostlina pocítí chlad a světlo zároveň, musí zapnout tento signalizační kanál vedoucí z jádra do chloroplastů, aby se jim dostal pokyn pro vytvoření více těchto proteinů. Úlohou biologických hodin je chovat se jako taková brána, která buď signál propouští nebo ne, protože současné působení nízké teploty a vysoké dávky světla představuje právě ty podmínky, které mohou vážně poškodit fotosyntetický systém.
