"Om du inte tål värmen, gå ut ur köket." Men vad händer om du är en växt och det är helt enkelt inte möjligt? Det visar sig att de har andra alternativ. Forskare från Japan har upptäckt att växter kan få värmetolerans för att bättre anpassa sig till framtida värmestress, tack vare en speciell mekanism för värmestress-"minne".
I en studie publicerad i Nature Communications har forskare från Nara Institute of Science and Technology avslöjat att en familj av proteiner som kontrollerar små värmechockgener gör det möjligt för växter att "komma ihåg" hur man hanterar värmestress.
Klimatförändringar, särskilt den globala uppvärmningen, är ett växande hot mot jordbruket över hela världen. Eftersom växter inte kan röra sig för att undvika ogynnsamma förhållanden, som potentiellt dödliga höga temperaturer, måste de kunna hantera faktorer som värmestress effektivt för att överleva. Därför är förbättring av värmetoleransen hos växtväxter ett viktigt mål inom jordbruket.
"Värmestress är ofta upprepande och förändras", säger huvudförfattaren till studien Nobutoshi Yamaguchi. ”När växter har genomgått mild värmestress blir de toleranta och kan anpassa sig till ytterligare värmestress. Detta kallas värmestress "minne" och har rapporterats vara korrelerat till epigenetiska modifieringar." Epigenetiska modifieringar är ärftliga förändringar i hur gener uttrycks och involverar inte förändringar i de underliggande DNA-sekvenserna.
"Vi ville upptäcka hur växter behåller ett minne av miljöförändringar", förklarar Toshiro Ito, senior författare. "Vi undersökte rollen av JUMONJI (JMJ) proteiner i förvärvad temperaturtolerans som svar på återkommande värme inom några dagar."
Nu, det är här det de lärde sig blir komplicerat för alla utan en solid förståelse av kemi, genstruktur, epigenetik och hur allt fungerar tillsammans.
Här är deras vetenskapliga förklaring av vad som händer:
JUMONJI-proteiner är histondemetylaser. Demetylaser är enzymer som tar bort metylgrupper från molekyler som proteiner, särskilt histoner, som ger strukturellt stöd till kromosomerna. Teamet avslöjade att växter kan upprätthålla värmeminne på grund av sänkt H3K27me3 (histon H3 lysin 27 trimetylering) på små värmechockgener.
Nu, här är en bild på vad som händer som vi andra kan förstå:
Till vänster ser du en växt som har varit värmestressad men ännu inte acklimatiserat sig. Ser du de små runda cirklarna som är fästa vid varje värmechockprotein? Det är metylgrupperna. Till höger kan du se att det lilla PacMan-liknande JUMONJI-proteinet som "ätit" två av dessa proteiner, och i processen har skapat en "minnesväg" för växten att acklimatisera sig och hantera framtida värmestress.
Och varför bryr vi oss?
Yamaguchi säger, "Vi fann att dessa proteiner är nödvändiga för värmeacklimatisering i Arabidopsis thaliana (växten de använde för sina studier). Dessa resultat, tillsammans med framtida studier, kommer att ytterligare klargöra mekanismerna för växtminne och anpassning." Han säger att denna forskning kommer att vara relevant för genetisk forskning inom ett antal områden, inklusive biologi, biokemi, ekologi och miljö- och jordbruksvetenskaper, och är tillämplig på studier av såväl djur som växter.
För resten av oss betyder det att vi, genom att förstå dessa mekanismer, har möjligheter att hjälpa växter att utveckla minnen som kommer att förbättra deras värmetolerans för att upprätthålla matförsörjningen under naturliga förhållanden.
Om du vill läsa hela artikeln kan du hitta den här:H3K27me3-demetylaser förändrar uttrycket HSP22 och HSP17.6C som svar på återkommande värme i Arabidopsis
Du kan lära dig mer om Projektledaren Itos labbburk och arbetet han gör här .
