BAGIKAN

Bukan hanya manusia dan hewan yang menderita saat panas melanda, tanaman juga merasakan panasnya. Tekanan panas adalah masalah utama di bidang pertanian dan dapat mengurangi panen secara signifikan. Bahkan kenaikan suhu yang kecil dapat memengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tanaman.

Meskipun tanaman tidak dapat berpindah ke tempat teduh untuk menghindari panas, namun ia telah mengembangkan strategi untuk melindungi diri. Terutama, dari tekanan panas saat matahari terbit. Namun, bagaimana tanaman merasakan dan merespon stres panas tidak sepenuhnya dipahami.

Memahami bagaimana tanaman merespon tekanan panas sangat penting untuk mengembangkan tanaman yang dapat menahan kenaikan suhu rata-rata dan gelombang panas yang umum terjadi karena perubahan iklim.




Sehingga, banyak orang yang telah berupya bertahun-tahun untuk mencoba memahaminya. Bagaimana tanaman merasakan suhu dan bagaimana menggunakan informasi ini untuk mengaktifkan jalur kimia untuk melindungi diri mereka sendiri. Di antaranya, dengan memproduksi protein pelindung kejutan panas (HSP).

Telah diketahui sejak tahun 1939 bahwa respon tanaman terhadap tekanan panas berfluktuasi antara siang dan malam. Jika Anda memberikan tekanan panas terhadap tanaman pada siang hari, kemungkinan akan bertahan. Beda halnya jika Anda menerapkan tekanan panas yang sama saat malam hari.

Siklus tahan panas tanaman tahunan adalah strategi yang melindungi tanaman dari bagian terpanas hari ini, selain juga berpotensi mencegah terbuangnya energi untuk menghasilkan protein kejutan panas pada malam hari saat suhu lebih dingin.

Studi lebih lanjut telah mengkonfirmasi bahwa ketahanan panas dipicu pada tanaman saat mereka terkena cahaya. Mereka kehilangan properti tahan panas ini dalam kegelapan dan hanya akan mendapatkan kembali perlindungan saat terkena cahaya kembali.

Namun, pensinyalan yang terlibat dalam memberi tahu tanaman kapan mengaktifkan gen untuk memproduksi protein kejutan panas tetap menjadi misteri.




Patrick Dickinson, yang bergabung dengan Laboratorium Sainsbury di Universitas Cambridge, ingin mengetahuinya. “Saya sangat tertarik pada bagaimana tanaman merespon lingkungan mereka dan terkejut bahwa ada banyak hal yang dapat dipelajari tentang bagaimana respon tumbuhan dan menanggapi suhu. Ada banyak hal yang diketahui tentang bagaimana sel tumbuhan dan hewan merespon tekanan panas yang ekstrem. Namun, tidak banyak yang diketahui tentang tanggapan mereka terhadap panas di sekitar atau bagaimana mereka mengatur respon mereka terhadap panas antara siang dan malam.”

Kloroplas terlihat di sel Bryum capillare, sejenis lumut [via wikimedia]

Sinyal kloroplas akibat cahaya memicu reaksi panas

Dickinson menemukan bahwa sejumlah gen yang diketahui terlibat dalam pembentukan kloroplas juga memiliki pengaruh besar terhadap respon tanaman terhadap suhu tinggi.

Menempatkan kedua potongan petunjuk ini bersama – penemuannya bahwa gen kloroplas dikaitkan dengan respon tekanan panas dan bahwa tanaman bereaksi lebih baik terhadap tekanan panas pada siang hari – menunjuk pada kloroplas yang terlibat dalam melindungi tanaman dari panas.

Dia menemukan bahwa ada sinyal yang dikirim dari kloroplas sebagai respon terhadap cahaya. Kemudian, mengaktifkan ekspresi gen di nukleus untuk membuat tanaman tahan terhadap tekanan panas.

Bagaimana kloroplas dan nukleus berbicara satu sama lain?

Setelah dari penemuan ini, pertanyaan mendasar berikutnya yang harus dijawab adalah, bagaimana sinyal ini ditransmisikan dari kloroplas ke nukleus untuk mengubah ekspresi gen di dalam sel?




Dr Dickinson mengatakan bahwa molekul pensinyalan yang mentransmisikan sinyal dari kloroplas ke nukleus berhubungan dengan rantai transpor elektron fotosintetik :

“Ada semacam sinyal yang mula-mula berasal dari rantai transpor elektron fotosintetik , yang dikomunikasikan ke nukleus untuk mengaktifkan gen Ekspresi , tapi apa sinyal itu belum jelas. Bisa jadi hidrogen peroksida karena yang telah terbukti bergerak dari kloroplas ke nukleus untuk memulai pensinyalan, tapi masih banyak lagi yang perlu diperhatikan untuk mengkonfirmasi sifat pensinyalannya. ”

Aplikasi praktis

Pengawas Dr Dickinson di Laboratorium Sainsbury, Dr Phil Wigge, mengatakan bahwa sangat penting bahwa gen dan latar belakang genetik yang memberi peningkatan ketahanan terhadap tekanan panas diidentifikasi:

“Banyak tanaman tumbuh di seluruh dunia saat ini sudah tumbuh di puncak zona nyamannya dalam hal suhu. Sebenarnya ada perkiraan bahwa untuk tanaman utama seperti gandum, beras dan jagung, setiap derajat Celsius suhu yang naik di atas suhu saat ini berpotensi menurunkan hasil panen antara 3-7% karena tekanan panas. Kontribusi yang ingin kami buat di laboratorium adalah memahami molekul dan mekanisme dasar yang mengendalikan bagaimana penginderaan suhu dan gen yang dibutuhkan tanaman untuk beradaptasi dengan suhu yang lebih tinggi. Dan kami berharap agar kami dapat menggunakan informasi tersebut untuk menemukan gen tanaman tanaman yang sama dan melihat apakah gen tersebut dapat digunakan untuk membuat tanaman lebih tahan terhadap tekanan panas”

Penelitian ini dipublikasikan di Cell Report .