టమాటా వేడి-నిరోధకత అధ్యయనం, మొలకెత్తడంలో పెద్ద ప్రభావాలు కలిగించే ఒకే జీన్‌ను సూచిస్తోంది

వేడెక్కిన పెరుగుదల కాలానికి ఒక gene switch

సుకుబా విశ్వవిద్యాలయంలోని ఒక బృందం, విత్తనాలు వ్యవసాయంలో తొలి వాతావరణ ఒత్తిడుల్లో ఒకటైన మొలకెత్తే దశలో వేడిని తట్టుకోగలవా లేదా అన్నదానిలో అసాధారణంగా పెద్ద పాత్ర పోషించే ఒక టమాటా జీన్‌ను గుర్తించింది. Plant Physiology and Biochemistry లో నివేదించిన ప్రయోగాల్లో, SlIAA9 జీన్ లేని టమాటా mutant‌లు అధిక ఉష్ణోగ్రతల్లో కూడా అధిక germination సామర్థ్యాన్ని కొనసాగించాయి మరియు మొలకెత్తిన తర్వాతి వృద్ధిలో సాధారణ మొక్కలతో పోలిస్తే చాలా తక్కువ అసాధారణతలను చూపించాయి.

ఈ కనుగొనిక ముఖ్యమైనది, ఎందుకంటే విత్తన దశ పంట జీవితచక్రంలో అత్యంత బలహీనమైన క్షణాల్లో ఒకటి. దీర్ఘకాలిక వేడి germination ను పూర్తిగా అణచివేయవచ్చు, thermo-dormancy ను ప్రేరేపించవచ్చు, లేదా ఉష్ణోగ్రతలు మెరుగుపడిన తర్వాత కూడా seedlings ను బలహీనంగా వదిలేయవచ్చు. వాస్తవంగా, దీని అర్థం పొలంలో చెడు స్థాపన మరియు తరువాత తక్కువ ఉత్పాదకత. ప్రపంచవ్యాప్తంగా పెంచే, మరింత అస్థిర పరిస్థితుల్లో సాగు చేసే టమాటాల కోసం, ఈ ఫలితాలు వేడి తరంగాల సమయంలో కూడా బలంగా ప్రారంభమయ్యే breeding lines కోసం ఒక స్పష్టమైన genetic lead ను అందిస్తున్నాయి.

SlIAA9 ను అధ్యయనంలో auxin-signaling repressor గా వర్ణించారు; ఇది విత్తన germination నియంత్రణలో భాగం. Auxin అనేది వృద్ధి మరియు అభివృద్ధిని సమన్వయపరచడంలో సహాయపడే మొక్కల హార్మోన్లలో ఒకటి, మరియు ఈ repressor ను తొలగించడం విత్తనాలు వేడి ఒత్తిడిని ఎలా ఎదుర్కొంటాయో మార్చుతుందా అని సుకుబా బృందం పరిశీలించింది. దీనికోసం, పరిశోధకులు అధిక ఉష్ణోగ్రత పరిస్థితుల్లో wild-type టమాటాలు మరియు SlIAA9 loss-of-function mutant line రెండు వేర్వేరు లైన్లను పోల్చారు.

SlIAA9 తొలగించినప్పుడు ఏమి మారింది

మొక్కల రకాల మధ్య తేడా చాలా స్పష్టంగా కనిపించింది. Wild-type టమాటాల్లో, అధిక ఉష్ణోగ్రతలకు గురిచేయడం germination రేట్లను గట్టిగా తగ్గించింది. బయటకు వచ్చిన seedlings లో చిన్న shoots మరియు roots ఉండే అవకాశం ఎక్కువగా ఉండేది, అలాగే అసాధారణ రూపకల్పన కనిపించేది. దీనికి విరుద్ధంగా, SlIAA9 mutants అదే పరిస్థితుల్లో germination లో దాదాపు ఎటువంటి తగ్గుదల చూపలేదు మరియు ఎక్కువగా సాధారణ seedlings గా అభివృద్ధి చెందాయి.

ఈ కలయిక ముఖ్యమైనది. germination వద్ద వేడి-నిరోధకత స్వయంగా విలువైనదే, కానీ వేడిని తట్టుకుని బయటకు వచ్చినప్పటికీ బలహీనంగా ఉన్న మొక్క agronomic విలువను ఇవ్వకపోవచ్చు. ఈ అధ్యయనంలో ఉన్న mutant lineలు ఒత్తిడిని కేవలం అధిగమించడమే కాకుండా, ప్రారంభ వృద్ధి శక్తిని కూడా నిలుపుకున్నాయి. crop scientists కోసం, ఈ gene కేవలం germination threshold వద్ద జీవించడమే కాదు, stress తర్వాత seedling establishment యొక్క మొత్తం నాణ్యతతో కూడా సంబంధం ఉండొచ్చని ఇది సూచిస్తుంది.

పరిశోధకులు మెరుగైన పనితీరును వివరించగల కొన్ని molecular signals ను కూడా గమనించారు. Mutant‌లలో antioxidant enzyme genes వ్యక్తీకరణ పెరిగింది. ఇవి reactive oxygen species ను detoxify చేస్తాయి; ఇవి వేడి ఒత్తిడిలో చేరి cellular machinery ను దెబ్బతీయగలవు. Mutant‌లలో HSP70 యొక్క induction కూడా బలంగా కనిపించింది, ఇది heat shock protein కాగా, వేడి-సంబంధిత నష్టంనుంచి proteins ను రక్షించడంలో సహాయపడుతుంది.

ఇవి కలిపి ఉష్ణోగ్రత తీవ్రతల జీవరసాయన ప్రభావాలను సమర్థంగా ఎదుర్కొనే మొక్క వైపు సూచిస్తున్నాయి. ఈ పని abscisic acid కు మారిన స్పందనను కూడా గుర్తించింది; ఇది seed dormancy ను బలపరచి stress సమయంలో germination ను అడ్డుకోగలదు. ఇచ్చిన సారాంశం పూర్తి hormonal analysis వివరాలకు ముందు ముగిసిపోయినప్పటికీ, నివేదించిన దిశ స్పష్టంగా ఉంది: mutation heat-triggered shutdown నుంచి కొనసాగుతున్న వృద్ధి వైపు సమతౌల్యాన్ని మార్చినట్లు కనిపిస్తోంది.

విత్తన దశ స్థైర్యం ఇప్పుడు ఎందుకు మరింత ముఖ్యం

germination సమయంలో heat stress ను తక్కువగా అంచనా వేయడం సులభం, ఎందుకంటే పంట నేల మీద కనిపించే ముందు ఇది జరుగుతుంది. కానీ ఈ దశలో వైఫల్యం field establishment కంటే ముందే yield potential ను తొలగించగలదు. వేడెక్కుతున్న వాతావరణాల్లో, రైతులు ఎక్కువ సగటు ఉష్ణోగ్రతలతో పాటు, పొడవైన వేడి కాలాలు మరియు మరింత అస్తవ్యస్తమైన మార్పులను కూడా ఎదుర్కొనవచ్చు. ఆ పరిస్థితుల్లో విత్తనాలు అత్యల్ప రక్షణతో, అత్యంత సున్నితమైన సమయంలోనే ఉంటాయి.

అందుకే germination traits ముఖ్యమైన breeding target అవుతాయి. సుకుబా ఫలితాలు, హార్మోన్ signaling లో భాగమైన ఒకే gene అనేక రక్షణాత్మక ప్రతిస్పందనలను ఒకేసారి ప్రభావితం చేయగలదని సూచిస్తున్నాయి; ఇందులో antioxidant activity, heat-shock response, మరియు dormancy ను నియంత్రించే hormonal logic ఉన్నాయి. ఈ ప్రభావం విస్తృత genetic backgrounds మరియు ఉత్పత్తి పరిస్థితుల్లో కూడా కొనసాగితే, breeders వేడి నిరోధకతను టమాటా రకాలలో నిక్షిప్తం చేయగల మార్గాన్ని పొందవచ్చు, తర్వాతి వృద్ధి దశల మెరుగుదల కోసం ఎదురుచూడాల్సిన అవసరం లేకుండా.

ఈ అధ్యయనం crop science లోని ఒక విస్తృత మార్పును కూడా ప్రతిబింబిస్తుంది. వేడి నిరోధకతను పరిపక్వ మొక్కల్లో మాత్రమే కనిపించే ఒక trait గా కాకుండా, పరిశోధకులు ఇప్పుడు సమస్యను అభివృద్ధి దశలుగా విభజిస్తున్నారు. వేడిలో పుష్పించగలిగినా, ఆ వేడిలో మొలకెత్తలేని మొక్క ఇంకా బలహీనమైన పంటగానే ఉంటుంది. జీవనచక్రం యొక్క అత్యంత ప్రారంభ బిందువును చూడటం ద్వారా, సుకుబా బృందం వాతావరణ అనువర్తన పజిల్‌కు ఉపయోగకరమైన ఒక భాగాన్ని చేర్చింది.

ఈ పరిశోధన ఇప్పుడేం మద్దతిస్తోంది

• Loss-of-function SlIAA9 mutants అధిక ఉష్ణోగ్రతల్లో కూడా అధిక germination ను కొనసాగించాయి.
• Mutant seedlings, heat-stressed wild-type seedlings కంటే ప్రధానంగా సాధారణ ఆకృతినే చూపించాయి.
• Mutants లో antioxidant-enzyme gene expression మరియు HSP70 induction ఎక్కువగా ఉన్నాయి.
• వేడి-నిరోధక టమాటా రకాల అభివృద్ధికి ఈ పని ఒక genetic target ను అందిస్తోంది.

ఇచ్చిన మూల పాఠ్యం ఆధారంగా, breeders వెంటనే commercial varieties విడుదల చేయడానికి సిద్ధంగా ఉన్నారని ఈ అధ్యయనం చెప్పడం లేదు. కానీ ఇది భవిష్యత్ breeding లేదా gene-editing ప్రయత్నాలకు mechanistic foundation ను ఇస్తుంది. స్థాపన వైఫల్యం ఒక మొత్తం సీజన్ మీద ప్రభావం చూపగల పంటలో, ఇది ప్రాముఖ్యమైన పురోగతి. వేడి వ్యవసాయంలో అరుదైన షాక్ కాకుండా సాధారణ అంశంగా మారుతున్నప్పుడు, SlIAA9 వంటి genes breeders resilience ను ఎలా నిర్వచిస్తారో దానికి కేంద్రంగా మారవచ్చు.

ఈ వ్యాసం Phys.org నివేదిక ఆధారంగా ఉంది. మూల వ్యాసాన్ని చదవండి.