Ruđerovi biljni biolozi otkrivaju tajnu prilagodbe biljaka na stres izazvan klimatskim promjenama

Proučavajući mehanizme tolerancije biljaka na abiotski stres znanstvenice Laboratorija za kemijsku biologiju IRB-a došle su do zanimljivih rezultata koji su objavljeni u dva ugledna znanstvena časopisa koji spadaju u deset posto časopisa u području znanosti o biljkama te znanosti i tehnologiji hrane!
10.10.2019.

Kao sesilni organizmi biljke su na udaru promjenjivih i često vrlo nepovoljnih vremenskih prilika koje su izazvane klimatskim promjenama kao što su suša, povećani salinitet tla, visoke temperature ili iznenadne poplave. Procjenjuje se da su značajni gubitci u poljoprivrednoj proizvodnji čak preko pedeset posto uzrokovani upravo tim čimbenicima odnosno tzv. abiotskim stresom čime je ugrožena sigurnost i proizvodnja hrane diljem svijeta.

Dr. sc. Dunja Šamec i metličasta paprat (Psilotum nudum), modelna biljka za istraživanja utjecaja klimatskih promjena

Preko šest posto ukupne površine zemlje 'pati' od povećanog saliniteta, 64 posto od suše, 13 posto od poplava, i oko  57 posto od ekstremnih temperatura. Stoga su istraživanja utjecaja nepovoljnih klimatskih uvjeta na rast i razvoj biljaka trenutno vruća tema u području biljne biologije te se znanstvenici raznih profila, od biokemičara, molekularnih biologa, genetičara, agronoma, do biljnih fiziologa bave istraživanjima mehanizama prilagodbe biljaka na abiotski stres.

'Ruđerovke' iz Laboratorija za kemijsku biologiju, Zavoda za molekularnu biologiju u suradnji s kolegama s PMF-a Zagreb, Sveučilišta J.J. Strosmayer u Osijeku, Instituta za jadranske kulture i melioraciju krša u Splitu, Palacky University Olomouc (Republika Češka) te Washington State University (SAD) su, proučavajući mehanizme tolerancije biljaka na abiotski stres, došle do zanimljivih rezultata koji su objavljeni tijekom 2019. godine i to u dva članka u prestižnom znanstvenom časopisu 'Frontiers in Plant Science' (IF 4.106) koji spada u deset posto časopisa u području znanosti o biljkama (WOS).

Povrh toga, ista grupa ove godine objavila je i revijalni članak u  časopisu 'Critical Reviews in Food Science and Nutrition' (IF 6.704) koji spada u deset posto časopisa u području znanosti i tehnologiji hrane, a po prvi puta donosi pregled znanstvene literature vezane uz prisutnost fitokemikalija s pozitivnim učincima na ljudsko zdravlje u raštici, sve popularnijoj vrsti kupusnjača na tržištu i u ljudskoj prehrani.

ŠTO TO ČINI RAŠTIKU TOLERANTNIJOM NA SOLNI STRES U ODNOSU NA OSTALE KUPUSNJAČE?

Prvi u uspješnom serijalu objavljenih članaka jest rad objavljen u časopisu 'Frontiers in Plant Science' na kojem je prva autorica dr. sc. Iva Pavlović. Primjenom interdisciplinarnog metodološkog pristupa i komparativne analize triju vrsta kupusnjača: kineskog kupusa, bijelog kupusa i raštike (kelj), znanstvenici su došli do spoznaja o razini tolerancije ispitanih kupusnjača te mehanizmima tolerancije na solni stres. Na osnovu biokemijskih i fizioloških parametara zaključeno je da je raštika, koja je najbliža divljim vrstama roda Brassica, a tradicionalno se uzgaja u Dalmaciji i otocima, najtolerantnija vrsta. Slijede bijeli kupus te kineski kupus kao najosjetljivija vrsta na solni stres u ovim istraživanjima.

Biljni hormoni su bioaktivne molekule koje reguliraju biljni rast i razvitak, ali i odgovore biljaka na vanjske stresne čimbenike. Pokazano je da je tolerancija kod kupusnjača regulirana međusobnim interakcijama i složenim međudjelovanjem biljnih hormona. Tolerancija na solni stres kod kupusnjača je pozitivno korelirana s razinama hormona stresa apscizinskom kiselinom (ABA) te negativno s razinama jasmonata što regulira fotosintezu, rast korijena i odlaže starenje biljaka koje izaziva sol kao stresor. Konačno, poboljšana tolerancija na salinitet u odabranim kapusnjačama povezana je s odgovarajućim omjerima brasinosteroida, koji također djeluju na rast korjena i proces fotosinteze.

RAŠTIKA KAO SUPERHRANA

Biljne molekule tzv. fitokemikalije koje biljka koristi kako bi se branila od stresa, pokazale su mnoge pozitivne učinke na ljudsko zdravlje te se zbog prisutnosti istih mnoge biljke već stoljećima koriste u tradicionalnoj medicini, pa tako i biljke iz porodice kupusnjača.

U posljednjih nekoliko godina veliku popularnost su stekle biljke vrste Brassica oleracea var. acephala, lisnati kelj i raštika, za koje se u popularnoj kulturi često ističe da su „super hrana“ te njihova proizvodnja i prodaja raste svake godine.

U objavljenom preglednom radu na kojem je prvi autor dr. sc. Dunja Šamec 'Kale (Brassica oleracea var. acephala) as a superfood: Review of the scientific evidence behind the statement' znanstvenici donose kompletan pregled dosadašnje literature o prisutnosti fitokemikalija u raštici te po prvi puta pokazuju da povećana proizvodnja tih biljaka nije povezana s njihovom superiornošću u smislu prisutnosti 'zdravih' fitokemikalija u odnosu na ostale kupusnjače već te vrste grupe acephala bolje podnose klimatske promjene te se njihova proizvodnja potiče, između ostalog i jakim PR kampanjama dajući im epitet 'super hrana'. Ovaj primjer jasno ilustrira činjenicu da će klimatske promjene u budućnosti snažno utjecati na dostupnost, a samim time i raznolikost hrane koju konzumiramo.

ŠTO MOŽEMO NAUČITI OD BILJAKA - 'ŽIVIH FOSILA' KAO ŠTO JE METLIČASTA PAPRAT?

U objašnjavanju mehanizama kojima biljke odgovaraju na stres možemo se služiti pristupom u kojem izazivamo stres te pratimo kako biljka reagira, ili možemo pručavati biljke za koje znamo da prirodno dobro podnose stres.

Jedna od takvih je i metličasta paprat (Psilotum nudum) koja je tzv. živi fosil. To je biljka koja je prisutna na zemlji milionima godina zahvaljujući svojoj dobroj prilagodbi na različite klimatske uvijete.

U objavljenom radu 'Assessing Chemical Diversity in Psilotum nudum (L.) Beauv., a Pantropical Whisk Fern That Has Lost Many of Its Fern-Like Characters' na kojem je prvi autor dr. sc. Dunja Šamec znanstvenici su uz pomoć najsuvremnijih metoda biljne metabolomike po prvi puta opisali sadržaj fitokemikalija u toj biljci, za koje se smatra da pridonose dobroj prilagodbi na različite nepovoljne vremenske uvijete.

Između ostalog, u sklopu ovog rada razvijena je nova metoda uz pomoć MALDI Imaginga koja osim što daje podatke o prisutnosti fitokemikalija u tkivu pokazuje i njihovu lokalizaciju i distribuciju u tkivu.

metličasta paprat (Psilotum nudum)

Rad je izrađen u suradnji s kolegama iz SAD-a, a navedenu metodu za biljna tkiva koristi tek nekoliko laboratorija u svijetu.

''U sklopu Laboratorija za kemijsku biologiju postoje znanja i ljudski kapaciteti za provedbu takvih istraživanja gdje se unatrag nekoliko godina oprema metabolomički laboratorij koji ima svoje specifične zahtjeve što se tiče prostora i opreme. U sklopu budućih projekata planirana je nabavka opreme za MALDI Imaging koja bi Institut Ruđer Bošković stavila uz bok najboljih svjetskih institucija gdje se provode takva istraživanja.'' – istaknula je voditeljica Laboratorija za kemijsku biologiju dr. sc. Branka Salopek Sondi.

Napomena: Spomenuta istraživanja financirana su slijedećim projektima u okviru Laboratorija za kemijsku biologiju: HRZZ projekt: Fitohormoni u abitskom stresu kupusnjača: mehanizam tolerancije i primjena (PhytoBraCro) (Branka Salopek Sondi), UKF 1C projekt: Metabolomic and transcriptomic response of  kale (<em>Brassica oleracea</em> L. var. <em>acephala</em>) to low temperature stress (Dunja Šamec), NEWFELPRO grant Marie Curie FP7-PEOPLE-2011-COFUND: Evaluating Metabolic Diversity to Understand Plant Adaptations to a Changing Environment- Plant MS (Dunja Šamec)

Kontaktirajte nas

Više informacija

B

S

Branka Salopek Sondi

dr.sc., voditelj laboratorija znanstveni savjetnik u trajnom zvanju

Ova stranica koristi kolačiće

neki od tih kolačića nužni su za ispravno funkcioniranje stranice, dok se drugi koriste za praćenje korištenja stranice radi poboljšanja korisničkog iskustva.

Za više informacija pogledajte naše uvjete korištenja.

  • Kolačići koji su nužni za ispravno funkcioniranje stranice. Moguće ih je onemogućiti u postavkama preglednika.