Nota editorului: (Lee Sweetlove este profesor de științe vegetale, Universitatea din Oxford. Opiniile exprimate în acest comentariu sunt doar cele ale scriitorului. CNN prezintă lucrarea The Conversation, o colaborare între jurnaliști și academicieni pentru a oferi analize de știri și Conținutul este produs exclusiv de Conversație.)

știință

(CNN) Spre deosebire de noi, plantele au un autocontrol amplu atunci când vine vorba de a alege cât mănâncă. În mod ironic, pe măsură ce omenirea se luptă cu o epidemie de obezitate, crescătorii de plante încearcă să facă culturile să mănânce mai mult.

Când vedeți un câmp de grâu vara, vârfurile de cereale se învârt cu grație în briză, probabil că nu veți fi ghicit că plantele sunt grase. Cu toate acestea, în comparație cu ierburile sălbatice din care sunt crescute, urechile plantelor moderne de cereale sunt obeze grotesc. Au boabe mai mari și mai numeroase, încărcate cu rezerve vaste de amidon, mult peste ceea ce au de fapt nevoie. Acest exces de greutate este hrana noastră.

Odată cu creșterile de la an la an de la reproducerea convențională, care încep să se extindă și o populație umană în continuă expansiune de hrănit, cursa este pe cale să găsească noi modalități de a convinge plantele să se îngrășeze și mai mult. Și se dovedește că un mod eficient de a face acest lucru este să interfereze cu sistemele de semnalizare care controlează rata la care plantele își sintetizează hrana.

Sisteme de control al apetitului

Pentru plante, „hrană” înseamnă dioxidul de carbon din atmosferă pe care îl transformă în zaharuri prin fotosinteză și nitrații din sol care sunt metabolizați pentru a forma aminoacizi. Plantele monitorizează apoi concentrația de zaharuri și aminoacizi din țesuturile lor și cresc mai rapid atunci când „simt” că alimentele sunt disponibile. Acesta este un sistem de control „feed-forward”.

Dar asta nu este întreaga poveste. Plantele au, de asemenea, limite de creștere programate genetic. Aceste limite asigură producerea țesuturilor potrivite, de mărimea potrivită, la momentul potrivit. De asemenea, opresc planta încercând să crească atunci când este dăunător să o facă, de exemplu atunci când vremea se înrăutățește.

Atunci când o plantă se confruntă cu limitele sale de creștere, alimentele încep să se acumuleze și acest lucru generează un semnal de „feedback” determinând planta să renunțe la sistemele de producție a alimentelor. Efectiv planta își dă seama că este plină și nu mai mănâncă.
Dar dacă am putea modifica comenzile? Am putea face culturile și mai obeze? Experimentele cu sistemul de control al zahărului sugerează că răspunsul este un da răsunător.

O echipă de cercetători de la agrochimiștii Syngenta și Rothamsted Research au făcut o singură modificare genetică a plantelor de porumb pentru a preveni acumularea de trehaloză-6-fosfat, un zahăr cheie monitorizat de plantă. În esență, plantele au fost păcălite să „creadă” că nu produc suficient zahăr și ca urmare au crescut producția. La rândul său, acest lucru pare să fi declanșat sistemul feed-forward deoarece plantele modificate genetic au produs cu până la 50% mai mult cereale în condiții bine udate și au depășit plantele nemodificate cu 123% în condiții de secetă.

Gorging de azot

Dacă aceleași modificări ar putea fi concepute pentru sistemul de control al azotului, atunci nu numai că am putea obține randamente chiar mai mari, dar am putea aborda și problema scurgerii agricole în același timp. Milioane de tone de îngrășământ nitrat sunt aplicate pe câmpuri în fiecare an, dar o mare parte din acestea rămân neconsumate de culturi. Și când plouă, excesul se scurge de pe câmpuri, poluând râurile și lacurile din apropiere.

Dificultatea este că, în ciuda deceniilor de cercetări, sistemul de semnalizare care stă la baza controlului apetitului azotat a rămas un mister.

Pana acum. Într-un studiu publicat recent în Plant Cell, o echipă elvețian-germană a descris cum au descoperit o parte a sistemului care se ascunde într-un loc surprinzător.

În mod accidental, au aflat că o formă specifică de vitamina B6 (cunoscută sub numele de vitamină) spune plantei când este plină de azot. Primul indiciu a fost că vitamina se acumulează în plante în paralel cu amoniul, unul dintre produsele imediate ale metabolismului nitraților. Al doilea a fost că plantele cu cantități neobișnuit de mari de vitamina au afectat creșterea care ar putea fi depășită prin furnizarea de amoniu.

Deși nu toate detaliile sunt încă clare, cea mai grăitoare observație a fost că acumularea vitaminei B6 specifice a dus la refuzarea sistemului de metabolizare a nitraților - funcționează ca un sistem de control al apetitului.

Dezechilibru evolutiv

Poate că principalul motiv pentru care trebuie să regăsim setările sistemului de apetit al plantelor de cultură este că acestea sunt ținute înapoi de istoria lor evolutivă. Este posibil ca speciile de iarbă care au fost domesticite pentru a forma culturi de cereale, cum ar fi porumbul, orezul și grâul, au crescut în soluri sărace - iar plantele care s-au adaptat la astfel de soluri au în general strategii alimentare conservatoare. Aceasta înseamnă că ocupă doar atât cât au nevoie pentru a crește și a produce semințe pentru generația următoare. Așadar, nu este surprinzător faptul că atunci când aruncăm îngrășăminte cu azot asupra descendenților lor cultivați, aceștia nu se prăpădesc în sărbătoarea neașteptată.

O nepotrivire între istoria evoluției și condițiile moderne se află, de asemenea, în spatele epidemiei de obezitate umană. La fel ca în cazul culturilor, soluția ar putea sta în modificarea sistemelor de apetit; trebuie doar să aflăm cum să mergem în direcția opusă.