A globális felmelegedés és az egyre szélsőségesebb időjárási viszonyok új kihívások elé állítják a növénytermesztést. A kérdés ma már nem az, hogy változik-e a klíma, hanem az, hogy a termesztett növények – köztük a búza – képesek lesznek-e alkalmazkodni ezekhez a körülményekhez. Erre a problémára keresett választ a HUN-REN Agrártudományi Kutatóközpont Mezőgazdasági Intézetének Molekuláris Nemesítési Osztálya, amelynek kutatási eredményei a BMC Plant Biology tudományos folyóiratban jelentek meg.

A növények „belső órája” a kulcs

A kutatás középpontjában a növények cirkadián ritmusa, vagyis belső biológiai órája állt. Ez a rendszer szabályozza, hogy a növények mikor növekednek, mikor nyitják vagy zárják a légzőnyílásaikat, illetve hogyan reagálnak a környezeti ingerekre.

A búza esetében ez különösen fontos, hiszen a hőmérséklet változásai jelentősen befolyásolják a fejlődést és végső soron a terméshozamot is.

Egy kulcsgén nyomában

A kutatók a cirkadián szabályozás egyik meghatározó génjére, a CCA1-re fókuszáltak. Ez a gén alapvető szerepet játszik a növény napi ritmusának irányításában.

A vizsgálatok során arra keresték a választ, hogy két különböző hőmérsékleti környezet – egy optimális (18 °C) és egy emelkedett, szupraoptimális (25 °C) – hogyan befolyásolja a gén működését.

Három eltérő genetikai háttérrel rendelkező őszi búzafajtát vizsgáltak kontrollált körülmények között, és a génexpresszió változásait rendkívül részletesen, 48 órán keresztül, háromórás időközönként követték nyomon.

A hőmérséklet átírja a ritmust

Az eredmények azt mutatták, hogy a hőmérséklet jelentősen módosítja a CCA1 gén napi aktivitásának mintázatát. Másképp „jár” tehát a búza belső órája melegebb körülmények között, mint optimális hőmérsékleten.

Ez a változás nem csupán elméleti jelentőségű: közvetlen hatással lehet a növény fejlődési ütemére, stressztűrésére és termőképességére is.

Genetikai különbségek és alkalmazkodás

A kutatás másik fontos eredménye, hogy a tudósok a búza és az árpa CCA1 génjének szerkezetét is összehasonlították.

Az úgynevezett in silico (számítógépes) elemzések során:

  • azonosítottak egy alacsony hőmérsékleten aktiválódó génváltozatot,
  • feltárták a gén működését szabályozó úgynevezett cis-elemeket,
  • valamint kimutatták, hogy bizonyos hőmérséklet-érzékeny szabályozó motívumok csak a búza egyes genomrészeiben találhatók meg.

Külön érdekesség, hogy egy, alacsony hőmérsékletre reagáló szabályozó elem az árpában is jelen van, míg a búzában csak az úgynevezett A-genomban fordul elő.

Mit jelent ez a gyakorlatban?

A kutatás eredményei túlmutatnak az alapkutatáson: hozzájárulhatnak a klímaváltozáshoz jobban alkalmazkodó búzafajták nemesítéséhez.

A jövőben olyan fajták fejlesztése válhat lehetővé, amelyek:

  • jobban tolerálják a hőmérsékleti szélsőségeket,
  • stabilabb termést adnak változó körülmények között,
  • és hatékonyabban használják ki a környezeti erőforrásokat.

A jövő búzája már „érzi” a klímát

A vizsgálat rávilágít arra, hogy a növények alkalmazkodóképessége mélyen a genetikai szabályozás szintjén dől el. A búza belső órájának működése nem statikus, hanem dinamikusan reagál a környezet változásaira.

Ez a felismerés kulcsfontosságú lehet a mezőgazdaság jövője szempontjából: a termelők számára ugyanis egyre inkább olyan fajtákra lesz szükség, amelyek nemcsak a jelenlegi, hanem a jövő éghajlati viszonyai között is megbízhatóan teljesítenek.

Forrás: HUN-REN ATK

Indexkép: Pexels