Tanaman mengorbankan 'anak perempuan' untuk bertahan hidup cuaca dingin

Anonim

Tanaman mengadopsi strategi yang berbeda untuk bertahan hidup perubahan suhu lingkungan alaminya. Hal ini paling jelas di daerah beriklim sedang di mana pohon-pohon hutan menumpahkan daun mereka untuk menghemat energi selama musim dingin. Dalam sebuah penelitian baru, tim ahli biologi tanaman dari National University of Singapore (NUS) menemukan bahwa beberapa tanaman dapat secara selektif membunuh bagian dari akarnya untuk bertahan hidup dalam kondisi cuaca dingin.

Pendekatan ini memungkinkan tanaman bertahan terhadap stres yang mengerikan dan pulih lebih cepat ketika cuaca berubah menjadi lebih baik. Penemuan dan pemahaman tentang pendekatan bertahan hidup ini dapat membuka jalan bagi pengembangan strategi baru untuk meningkatkan pertumbuhan dan hasil panen yang mengalami tekanan lingkungan seperti itu.

Penelitian, yang dipimpin oleh Asisten Profesor Xu Jian dari Departemen Ilmu Biologi di Fakultas Sains NUS, dilakukan menggunakan tanaman berbunga kecil yang disebut selada thale, yang dikenal secara ilmiah sebagai Arabidopsis. Tanaman ini adalah anggota keluarga Brassicaceae, dan kerabatnya termasuk sawi, kubis dan kale.

Penelitian ini dilakukan bekerja sama dengan para ilmuwan dari Universitas Negeri Novosibirsk, dan temuan itu dilaporkan dalam edisi online jurnal Cell pada 22 Juni 2017.

Mekanisme pengorbanan tanaman

Penelitian telah menunjukkan bahwa suhu dapat menyebabkan kerusakan pada asam deoksiribonukleat (DNA) sel tumbuhan, dan memiliki efek mendalam pada perkembangan dan pertumbuhan tanaman. Namun, dampaknya terhadap perilaku dan aktivitas sel punca tanaman masih belum dipahami dengan baik.

"Studi tentang akar tanaman sebagian besar telah diabaikan oleh para peneliti pertanian dalam perbaikan tanaman sampai saat ini. Memeriksa akar adalah penting karena mereka berfungsi sebagai antarmuka utama antara tanaman dan lingkungan tanahnya, dan bertanggung jawab atas pengambilan air dan nutrisi - baik sumber daya yang sangat penting untuk kelangsungan hidup tanaman, "kata Asst Prof Xu, yang juga dari Pusat Ilmu Pengetahuan BioImaging di NUS.

Tim peneliti melakukan percobaan pada akar Arabidopsis, sebuah tanaman yang sering digunakan sebagai "organisme model" dalam biologi tanaman dan memiliki genom sepenuhnya diurutkan pada tahun 2000. Untuk menyelidiki pengaruh suhu dingin pada perkembangan akar dan pertumbuhan, tim menggunakan Arabidopsis akar sel induk ceruk sebagai model eksperimental untuk melakukan studi mendalam pada resolusi spasial dan temporal yang tinggi. Penggunaan model eksperimental semacam itu memberikan wawasan yang mendalam tentang strategi bertahan hidup yang digunakan oleh tanaman ketika peluang bertentangan dengan mereka.

Tim peneliti menemukan bahwa suhu dingin empat derajat Celcius menyebabkan kerusakan DNA di akar sel induk Arabidopsis, serta keturunan awal mereka. Namun, hanya anak-anak sel induk columella yang mati secara istimewa, dan kematian sel-sel anak ini memungkinkan pemeliharaan ceruk sel induk fungsional. Di sisi lain, penghambatan respon kerusakan DNA pada sel anak ini mencegah kematian mereka. Namun, ini meningkatkan kemungkinan bahwa sel-sel induk lainnya di ceruk batang sel induk akan mati karena kedinginan, yang menyebabkan kematian tanaman.

Dr Hong Jing Han, yang merupakan penulis pertama studi ini, menjelaskan, "Mekanisme pengorbanan meningkatkan kemampuan akar untuk menahan tekanan suhu rendah lainnya. Ketika suhu optimal dipulihkan, sel punca tanaman dapat membelah pada tingkat yang lebih cepat, yang pada gilirannya akan meningkatkan pemulihan dan kelangsungan hidup tanaman. " Dr Hong melakukan penelitian sebagai bagian dari tesis doktornya di bawah pengawasan Asst Prof Xu.

Teknik toleransi dingin pada tanaman

"Penemuan kami tentang bagaimana tanaman Arabidopsis membunuh anak-anak sel induk columella ini menjelaskan strategi unik tanaman ini untuk bertahan hidup pada kondisi cuaca yang keras, dan menunjukkan bahwa potensi teknik toleransi dingin pada tanaman untuk membantu mereka bertahan terhadap kondisi lingkungan yang keras. jadi tentu akan memungkinkan petani untuk memperpanjang musim tanam dan lahan di mana tumbuh mereka, meningkatkan stabilitas hasil dan kapasitas produksi, "kata Asst Prof Xu.

Langkah selanjutnya untuk Asst Prof Xu dan timnya adalah untuk mengungkap jaringan pengaturan gen yang telah mendukung adaptasi yang sukses dari tanaman dan sel induk mereka ke lingkungan dingin.

menu
menu