Rośliny ewoluowały, aby dostosować się do swojego naturalnego środowiska, zamiast uciekać przed niesprzyjającymi warunkami. Jednym z dynamicznych czynników środowiska, który znacząco wpływa na życie roślin, jest pH gleby. pH gleby ma ogromny wpływ na kondycję roślin, regulując dostępność składników odżywczych i poziom toksycznych jonów. Gleby kwaśne zwiększają stężenie niektórych niezbędnych minerałów, takich jak żelazo i mangan, jednocześnie zmniejszając poziom innych, takich jak azotany, a także stanowią wyzwanie dla roślin ze względu na wysoką zawartość jonów glinu. I odwrotnie, gleby zasadowe, często bogate w wodorowęglany, przeciwdziałają zakwaszeniu za pośrednictwem korzeni, a tym samym wzrostowi, ograniczając jednocześnie dostępność kluczowych składników odżywczych, takich jak żelazo i fosfor. pH gleby wpływa na zdrowie i wzrost roślin w różny sposób w warunkach kwaśnych i zasadowych, przy czym niektóre gatunki są specjalnie przystosowane do określonych zakresów pH. Niskie pH sprzyja wzrostowi poprzez rozluźnienie ścian komórkowych i wspomaganie wydłużania komórek. Jednakże nadmierny wzrost może być szkodliwy na glebach kwaśnych z powodu nadmiernego poziomu jonów amonowych lub glinowych. Natomiast zasadowe pH utrudnia wzrost, ograniczając elastyczność ściany komórkowej. Powolny wzrost może przynieść korzyści roślinom żyjącym na glebach zasadowych, zapobiegając wyczerpaniu się składników odżywczych, co jest wyzwaniem ze względu na ograniczoną mobilność minerałów. Dlatego adaptacja do zmieniającego się pH środowiska ma kluczowe znaczenie dla optymalizacji kondycji i wydajności roślin.
Korzystanie z rośliny referencyjnej Arabidopsis thalianaWolfgang Schmidt i jego kolega Dharmesh Jain, zarówno z Academia Sinica, jak i Narodowego Uniwersytetu Chung-Hsing, przeprowadzili szczegółowe badanie dotyczące reakcji roślin na szybkie zmiany pH środowiska. Ich celem było zbadanie mechanizmów leżących u podstaw ponownej kalibracji wewnątrzkomórkowego pH pod wpływem warunków kwaśnych lub zasadowych oraz ocena, jak te warunki wpływają na kondycję i wzrost roślin. Arabidopsis rośliny hodowano w sterylnych warunkach na pożywkach o pH zasadowym lub kwaśnym, a po określonych okresach leczenia poddano analizie morfologicznej, proteomicznej i fosfoproteomicznej. Ich prace publikowane są w renomowanym czasopiśmie Proteomika molekularna i komórkowa.
Analiza wykazała, że „wzrost (łagodnie zwapniającego) Arabidopsis roślin było optymalne przy umiarkowanie kwaśnym pH.” Gleba zasadowa znacząco ograniczała kondycję roślin i wzrost pędów, ale miała minimalny wpływ na długość korzeni, podczas gdy wzrost w glebie silnie kwaśnej hamował wzrost korzeni bez wpływu na wzrost pędów. Co zaskakujące, chociaż pH gleby silnie wpływa na dostępność składników odżywczych, badanie wykazało jedynie subtelne zmiany w poborze składników mineralnych i homeostazie.
Co oczywiste, analiza ujawniła nieznane wcześniej miejsca fosforylacji białek zależnej od pH. „Nasze badanie pokazuje, że zmiany pHe prowadzą do rozległych zmian w fosforylacji białek, co wskazuje, że duża część przystosowania się do pH środowiska zależy od zdarzeń sygnalizacyjnych potranslacyjnych” – podsumowują autorzy. Zmiany te wpłynęły na procesy, takie jak pompowanie protonów i transport jonów przez błony, wpływając na pobieranie składników odżywczych, wzrost korzeni, kondycję roślin i kontrolę wewnętrznego pH. Te dostosowania, szczególnie w przypadku fosfopeptydów, sugerują intensywną sygnalizację w odpowiedzi na krótkotrwałe zmiany pH. Zmutowane rośliny pozbawione specyficznych transporterów wykazywały zmienioną reakcję na zmiany pH, co podkreśla znaczenie tych białek w regulacji pH wewnątrz i na zewnątrz komórki.
Główne tematy tej adaptacji obejmują równoważenie wzrostu i obrony oraz regulację transportu protonów przez błony komórkowe. Podsumowując, badania rzucają światło na sposób działania roślin, na przykładzie Arabidopsis thalianaporuszaj się po skomplikowanym tańcu pH gleby, aby przetrwać. Ich odkrycia podkreślają kluczową rolę pH w kształtowaniu wzrostu i kondycji roślin, ujawniając, w jaki sposób rośliny adaptują się do środowiska kwaśnego i zasadowego. Od zmienionej fosforylacji białek po zróżnicowane zmiany w pobieraniu składników odżywczych – badanie odkrywa wyrafinowane mechanizmy, dzięki którym rośliny wyczuwają zmiany pH gleby i reagują na nie. Rozumiejąc te procesy, uzyskujemy cenny wgląd w sposób, w jaki rośliny rozwijają się w różnorodnych warunkach środowiskowych, oferując potencjalne możliwości zwiększenia odporności i produktywności upraw w obliczu zmieniającego się klimatu.
ODNIESIENIE DO DZIENNIKA
Dharmesh Jain, Wolfgang Schmidt. „Fosforylacja białek reguluje aklimatyzację roślin Arabidopsis do pH środowiska”. Proteomika molekularna i komórkowa, 2024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mcpro.2023.100685
O AUTORACH
Wolfganga Schmidta jest biologiem roślin żywo zainteresowanym tym, jak rośliny postrzegają sygnały środowiskowe i reagują na nie. W szczególności badania prowadzone w jego laboratorium dotyczą sposobu, w jaki rośliny pozyskują niezbędne minerały, które wydają się „trudne do zdobycia” ze względu na niekorzystne pH gleby. Pochodzący z Berlina w Niemczech Wolfgang pracuje od 2005 roku jako pracownik naukowy w Academia Sinica (Tajpej) oraz jako adiunkt na Narodowym Uniwersytecie Chung Hsing (Tainan) na Tajwanie.
Dharmesh Jainpochodzący z malowniczego miasteczka Barwaha w Indiach, obecnie realizuje doktorat z biotechnologii w laboratorium Schmidt w ramach Taiwan International Graduate Programme, we współpracy z Narodowym Uniwersytetem Chung Hsing. Jego badania doktoranckie skupiają się na rozwikłaniu wpływu pH na wydajność roślin i plastyczność ich rozwoju w trudnych warunkach.
