Jak temperatura wpływa na produkcję nasion
Temperatura odgrywa kluczową rolę w kształtowaniu lokalnego środowiska roślin, a informacje na jej temat zbierane są przez roślinę mateczną i same nasiona. Naukowcy uważają, że czynnik ten ma ogromny wpływ na kilka istotnych właściwości, takich jak spoczynek nasion, który objawia się niezdolnością do kiełkowania pomimo obecności odpowiednich warunków zewnętrznych. Temperatura kształtuje zatem rozwój nasion, jednak mechanizm odpowiedzialny za integrację informacji o niej nadal pozostaje nieznany. Zespół finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu MATHCOV postanowił to zmienić. „Chcieliśmy przede wszystkim ustalić, jak temperatura wpływa na jakość nasion warzyw, a w szczególności na przebieg kiełkowania. Kiełkujące nasiono to złożona struktura składająca się z różnych tkanek, a naszym zadaniem było ustalić, które z nich odgrywają najważniejszą rolę w tym procesie”, mówi Steve Penfield, kierownik zespołu badawczego w Centrum im. Johna Innesa.
Bielmo pod lupą
Wcześniejsze badania zespołu projektowego wykazały, że bielmo stanowi kluczowy obszar odpowiedzialny za odbieranie sygnałów dotyczących temperatury. Jest to otaczająca zarodek tkanka powstająca w trakcie procesu podwójnego zapłodnienia u większości roślin okrytonasiennych, takich jak kapusta czy kapusta głowiasta stanowiących cenne źródło składników odżywczych w diecie człowieka. „Bielmo pełni wiele funkcji, między innymi decyduje o wielkości nasiona, odpowiada za odżywianie zarodka i komunikuje się z innymi tkankami nasiona za pośrednictwem transportu hormonów”, wyjaśnia Penfield, koordynator projektu MATHCOV. Naukowcy zbadali wpływ temperatury na kiełkowanie i wigor nasion oraz starali się poznać rolę, jaką w tych procesach odgrywa bielmo. Wykorzystano w tym celu transkryptomikę – proces oparty na szeregach czasowych pozwalający na badanie wszystkich cząsteczek informacyjnego RNA w bielmie. Na podstawie uzyskanych informacji zespół mógł ustalić, które geny w tkance są aktywne w danym momencie. „Przeprowadziliśmy badanie transkryptomu w oparciu o szeregi czasowe, aby poznać reakcję bielma na zmiany temperatury, które wpływają na wigor nasiona po jego wykiełkowaniu”, mówi Penfield. Zgromadzone informację są następnie przekształcane w tzw. sieć genową, czyli matematyczny model przedstawiający aktywne geny, którego analiza może ukazać podobieństwa i różnice we wzorcu aktywności na przestrzeni czasu. „W ten sposób możemy rozpoznać geny wykazujące wczesną lub późną reakcję na zmiany temperatury oraz te odpowiedzialne za regulację kiełkowania nasion”, dodaje Penfield. Ostatnim etapem badań była analiza zmian w ekspresji genów, czyli w procesie, w którym informacje genetyczne wykorzystywane są do produkcji białek. „Badanie tego tzw. profilu epigenetycznego może dostarczyć istotnych informacji na temat zmian w ekspresji genu związanych z temperaturą oraz pomóc wyjaśnić, jak zmiany te wpływają na rozwój nasiona po wykiełkowaniu, czyli na długo po zaniku pierwotnego sygnału dotyczącego temperatury”, wyjaśnia Penfield.
Wyniki dotyczące kiełkowania
Zespół odkrył główne geny odpowiedzialne za zmiany związane z temperaturą. „Geny te biorą udział w metabolizmie kwasu abscysynowego, od którego zależy kiełkowanie nasiona”, mówi Penfield. Kompleksowe zestawy danych zebranych w toku projektu stanowić będą cenne źródło wiedzy dla naukowców i producentów, pomagając im poprawić wigor nasion. „Kwestia ta nabiera coraz większego znaczenia z uwagi na postęp automatyzacji w produkcji nasion wykorzystywanych np. w polowej uprawie warzyw lub uprawie wertykalnej”, podsumowuje Penfield.
Słowa kluczowe
MATHCOV, nasiono, kiełkowanie, temperatura, geny, ekspresja, wigor, wzrost