Hormonii steroizi protejează bumbacul față de secetă

publicat de Florin Mitrea
3 vizualizări
Recoltă de bumbac

Bumbacul este folosit pentru fabricarea a aproape jumătate din materialul pentru îmbrăcăminte la nivel mondial. Plantele de bumbac datează din timpurile preistorice; există dovezi ale fermelor de bumbac încă din anul 5000 Î.H. pe subcontinentul indian.

Țesătura de bumbac este produsă din fibre de bumbac, care cresc în capsule de protecție situate în jurul semințelor plantei de bumbac (Gossypium hirsutum). Însă nu doar fibrele, ci întreaga plantă este folosită după recoltare. Semințele sunt folosite fie ca hrană pentru animale, fie pentru producerea de ulei, iar tulpinile sunt mărunțite în sol ca fertilizatori. Așadar, bumbacul este o plantă incredibil de folositoare, care se cultivă pe aproape 2,5% din terenul arabil și se comercializează intens.

Cu toate acestea, planta de bumbac trebuie să depășească numeroase constrângeri pentru a supraviețui. Acum există un efort concertat din partea oamenilor de știință pentru a înțelege mai bine ce anume face planta mai susceptibilă la schimbările de mediu.

Provocările cultivării bumbacului

Cultivarea bumbacului înfruntă diferite constrângeri determinate de mediu și de alte organisme vii. Seceta (lipsa apei pentru a lungă perioadă de timp) este un factor limitant major pentru creșterea
bumbacului, având în vedere faptul că sunt necesari aproape 20.000 de litri de apă pentru a produce un kilogram de bumbac – echivalentul unui singur tricou. Pe măsură ce climatul planetei se modifică și perioadele secetoase sunt tot mai frecvente, cultivarea bumbacului devine o provocare din ce în ce mai mare. În plus, dăunătorii sunt o amenințare constantă, pe care fermierii încearcă să o elimine prin utilizarea pesticidelor, care sunt periculoase pentru sol (și chiar toxice pentru om). Pentru a putea obține și cultiva plante mai rezistente la secetă, mai întâi trebuie să înțelegem modul în care lipsa apei afectează fiziologia plantei.

Reacțiile plantei la secetă sunt complexe, cu o multitudine de răspunsuri biochimice și fiziologice la lipsa apei. În general, plantele încearcă să conserve apa prin adaptarea sistemului lor radicular,
descreșterea dimensiunilor frunzelor, reducerea fotosintezei și închiderea stomatelor (porii de la suprafața frunzelor care asigură schimburile de apă și gaze dintre plantă și mediul înconjurător). Din
punct de vedere biochimic, atunci când planta sezisează lipsa apei, are loc o creștere a producției hormonului denumit acid abscisic (ABA), care determină închiderea stomatelor, dar și modificări ale expresiei genelor și proteinelor care reglează toleranța le secetă. Însă ABA este doar unul dintre numeroșii hormoni care interacționează între ei pentru a regla răspunsurile la stres. Deși există numeroase studii despre ABA și răspunsurile la secetă, nu se cunosc prea multe despre hormonii
steroizi denumiți brasinosteroizi (BRs).

Supraviețuind secetei cu ajutorul steroizilor

Brasinosteroizii sunt o clasă de hormoni care apar în mod natural în plantă și care sunt esențiali pentru reglarea diviziunii celulare, creștere, diferite procese de dezvoltare, reproducere și răspunsuri la stresul biotic sau abiotic. Este cunoscut faptul că utilizarea brasinosteroizilor sintetici reglează răspunsurile plantei la secetă, frig, mediul salin și agenți patogeni. Însă, mecanismul prin care hormonii brasinosteroizi endogeni reglează aceste răspunsuri nu a fost clar până acum. Eryong Chen și colegii săi au descoperit că nivelurile de brasinosteroizi endogeni din plantele de bumbac reglează toleranța la secetă.

Reglarea concentrațiilor de brasinosteroizi endogeni din plată este determinată de biosinteza și degradarea acestui hormon. PAG1 este o genă din plantele de bumbac care codifică enzima denumită citocrom P450 mono-oxigenază. La mamifere, această enzimă oxidează compuși precum steroizii, controlând astfel sinteza și degradarea acestora. Există o enzimă cu o funcție similară în planta Arabidopsis (al cărei genom a fost secvențiat), care acționează ca un catalizator al inhibării brasinosteroizilor endogeni, controlând astfel concentrația acestor hormoni din plantă. Funcționarea PAG1 ca regulator al nivelurilor de brasinosteroizi din plantele de bumbac nu a fost cunoscută până când echipa lui Chen nu a studiat deficiența în această genă. Cercetătorii au dorit să înțeleagă rolul brasinosteroizilor endogeni în reglarea toleranței la secetă la bumbac, iar pentru testarea acestui lucru ei au utilizat pag1, o plantă care conține o mutație a genei PAG1. Acesta a fost primul studiu care a examinat brasinosteroizii, bumbacul și toleranța la secetă.

Studiul a descoperit că planta de bumbac mutantă pag1 era deficientă în brasinosteroizi comparativ cu plantele de control (tipul sălbatic) care prezentau gena PAG1 funcțională. În plus, planta mutantă era mai sensibilă la secetă. La o analiză mai amănunțită, cercetătorii au descoperit că frunzele plantei mutant aveau mai multe stomate larg deschise, ceea ce a dus la pierderea unei cantități mai mari de apă.
Nivelurile de acid abscisic erau mai reduse în pag1 comparativ cu tipul sălbatic, ca urmare a stresului dat de secetă. Rădăcinile cresc înspre apă, așadar rădăcinile mai adânci permit o mai bune absorbție a apei din sol. Rădăcinile mutantului pag1 erau mai scurte, deci și absorbția de apă era mai redusă. Transportul auxinei, un hormon implicat în creșterea rădăcinilor, era afectat la plantele mutant.

Toate acestea au determinat cercetătorii să concluzioneze că gena PAG1 inhibă concentrația brasinosteroizilor endogeni pentru a crește concentrațiile de acid abscisic, controlând astfel deschiderea stomatelor și pierderile de apă. PAG1 mai controlează transportul auxinei, influențând dezvoltarea rădăcinilor.

În căutare de markeri

Reglarea răspunsurilor plantelor la stres prin intermediul hormonilor se realizează prin modificări ale expresiei genelor și compoziției proteinelor. Pentru a înțelege procesul molecular prin care PAG1 controlează efectele brasinosteroizilor, cercetătorii au studiat întregul conținut proteic al plantei mutant. Ei au descoperit câteva proteine marker legate de toleranța la secetă, a căror abundeță era mult redusă la planta mutant pag1, comparativ cu tipul sălbatic. Aceasta a însemnat că lipsa brasinosteroizilor în planta mutant a dus la acumularea mai puțină a markerilor proteici legați de stres, care, în mod normal, ar fi protejat planta de secetă. În final, oamenii de știință au făcut pas mai departe și au studiat plante de bumbac cultivate. Planta mutant pag1 avea în mod distinctiv mai puține capsule, mai puține ramuri și semințe de bumbac, toate acestea scăzând odată cu seceta.

Folosind mai multe abordări, Chen și colegii săi au descoperit că toleranța la secetă la bumbac este controlată de hormonii brasinosteroizi. Identificarea genelor specifice precum PAG1 și a proteinelor marker poate duce la utilizarea lor ca markeri moleculari în programele de înmulțire, pentru îmbunătățirea rezistenței la secetă. Având în vedere prevalența lipsei de apă în regiuni ale lumii unde se cultivă bumbacul, soluții precum cea dată de acest studiu pot deschide drumul pentru cultivarea unor plante de bumbac tolerante la secetă.

Din aceeași categorie

© 2022  Florin Mitrea – WordPress Theme Designed and Developed by PenciDesign

Acest site folosește cookies pentru a îmbunătăți experiența de navigare. Acceptă Detalii