Tanaman sangat memanjang, membungkuk untuk memungkinkan akses sinar matahari ke masing-masing daunnya. Meskipun mengamati fenomena ini selama berabad-abad, para ilmuwan tidak sepenuhnya memahaminya. Sekarang para ilmuwan di Salk Institute telah menemukan bahwa dua faktor tanaman - protein PIF7 dan hormon pertumbuhan auksin - adalah pemicu yang mempercepat pertumbuhan ketika tanaman berada di tempat teduh dan terkena suhu tinggi pada saat yang bersamaan. situs resmi Institut.
Temuan yang diterbitkan dalam jurnal Nature Communications pada 29 Agustus 2022 ini akan membantu para ilmuwan memprediksi bagaimana tanaman akan merespons perubahan iklim dan meningkatkan hasil panen meskipun pemanasan global merusak tanaman.
"Saat ini, kami menanam tanaman dengan kepadatan tertentu, tetapi hasil kami menunjukkan bahwa kami perlu menurunkan kepadatan itu untuk mengoptimalkan pertumbuhan tanaman seiring perubahan iklim," kata penulis senior Profesor Joanne Chory, direktur Plant Molecular Salk Institute. dan Laboratorium Biologi Sel dan Howard, peneliti di Institut Medis Hughes. "Memahami dasar molekuler tentang bagaimana tanaman merespons cahaya dan suhu akan memungkinkan kami untuk menyempurnakan kerapatan tanam untuk menghasilkan hasil terbaik."
Selama perkecambahan, bibit dengan cepat memanjangkan batangnya untuk menembus tanah dan menangkap sinar matahari secepat mungkin. Biasanya, batang memperlambat pertumbuhannya setelah terpapar sinar matahari. Tetapi batang dapat dengan cepat memanjang lagi jika tanaman bersaing dengan tanaman di sekitarnya untuk mendapatkan sinar matahari atau menambah jarak antara tanah yang panas dan daun tanaman sebagai respons terhadap kenaikan suhu. Sementara kondisi lingkungan - naungan dan suhu tinggi - merangsang pertumbuhan batang, keduanya juga mengurangi hasil.
Dalam studi ini, para ilmuwan membandingkan tanaman yang tumbuh di tempat teduh dan suhu hangat pada saat yang sama – kondisi yang meniru kepadatan tanam yang tinggi dan perubahan iklim. Para ilmuwan menggunakan model tanaman Arabidopsis thaliana, serta tomat dan kerabat dekat tembakau, karena mereka tertarik untuk melihat apakah ketiga spesies tanaman itu sama-sama terpengaruh oleh kondisi lingkungan ini.
Pada ketiga spesies, tim peneliti menemukan bahwa tanaman tumbuh sangat tinggi ketika mereka secara bersamaan mencoba untuk menghindari naungan yang diciptakan oleh tanaman tetangga dan terkena suhu yang lebih tinggi. Pada tingkat molekuler, para peneliti menemukan bahwa faktor transkripsi PIF7, protein yang membantu menghidupkan dan mematikan gen, membantu meningkatkan pertumbuhan. Mereka juga menemukan bahwa kadar auksin, hormon pertumbuhan, meningkat ketika tanaman menemukan tanaman tetangga, yang mendorong pertumbuhan sebagai respons terhadap suhu yang lebih tinggi secara simultan. Jalur sinergis PIF7-auxin ini memungkinkan tanaman untuk merespon lingkungan mereka dan beradaptasi untuk mencari kondisi pertumbuhan terbaik.
Faktor transkripsi terkait, PIF4, juga merangsang pemanjangan batang pada suhu tinggi. Namun, dengan kombinasi naungan dan suhu tinggi, faktor ini tidak lagi memainkan peran penting.
"Kami terkejut menemukan bahwa PIF4 tidak memainkan peran penting karena penelitian sebelumnya telah menunjukkan pentingnya faktor ini dalam situasi pertumbuhan terkait," kata penulis pertama studi Yogev Burko, seorang peneliti di Salk Institute dan seorang profesor di Organisasi untuk Penelitian Pertanian di Institut Gunung Berapi Israel. “Fakta bahwa PIF7 adalah pendorong pertumbuhan yang dominan untuk tanaman ini benar-benar mengejutkan. Dengan pengetahuan baru ini, kami berharap dapat menyempurnakan respons pertumbuhan berbagai tanaman untuk membantu mereka beradaptasi dengan perubahan iklim.”
Para peneliti percaya ada faktor lain yang belum ditemukan yang memperkuat efek PIF7 dan auksin. Mereka berharap untuk mengeksplorasi faktor yang tidak diketahui ini dalam studi masa depan. Laboratorium Berko juga akan mempelajari bagaimana jalur ini dapat dioptimalkan pada tanaman.
“Suhu global meningkat, jadi kami membutuhkan tanaman pangan yang dapat tumbuh dalam kondisi baru ini,” kata Chori, co-leader dari Salk Plant Use Initiative dan Howard H. dan Maryam R. Newman Chair of Plant Biology. “Kami telah mengidentifikasi faktor kunci yang mengatur pertumbuhan tanaman pada suhu tinggi, yang akan membantu kami menanam tanaman yang lebih produktif untuk memberi makan generasi mendatang.”