Wpływ powodzi na korzenie roślin

Podczas powodzi rośliny mogą być narażone na zmniejszenie ilości tlenu, a związane z tym pogorszenie wytwarzania energii ma znaczący wpływ na produkcję rolną. Rośliny reagują na niedobór tlenu na szereg sposobów, między innymi poprzez zmiany formy i struktury, a także modyfikacje ekspresji genów i metabolizmu.

Mimo obszernych badań nad mechanizmami, które umożliwiają roślinom wykrywanie niedoboru tlenu i reagowanie na niego, nadal słabo je rozumiemy. Wiadomo jednak, że niedobór tlenu w korzeniach powoduje znaczący wzrost poziomi tlenku azotu (NO). Ten mały lipofilowy wolny rodnik jest syntetyzowany w prawie wszystkich organizmach i pełni rolę cząsteczki przekazującej sygnały.

Reduktaza azotanowa i szlaki mitochondrialne rośliny to najbardziej prawdopodobne źródła NO podczas hipoksji (niedoboru tlenu). Ponadto hemoglobiny klasy 1 odgrywają istotną rolę w obniżaniu poziomu NO podczas hipoksji. W tym kontekście powstał projekt TRNOILOS (The role of nitric oxide in survival of low oxygen stress in plants), którego celem jest zbadanie wpływu NO na regulację metabolizmu roślin.

Naukowcy badali rolę NO w korzeniach jęczmienia w warunkach beztlenowych, porównując rośliny dzikie z roślinami, u których występuje nadekspresja niesymbiotycznej hemoglobiny 1 (Hb+). Badania te wykazały, że NO jest ważny dla homeostazy tlenu i reaktywnych form tlenu (ROS) w warunkach beztlenowych. Pozwoliło to na określenie właściwości regulacyjnych NO, wykraczających poza te zidentyfikowane w warunkach hipoksji.

Rośliny, które przeżyły okres powodzi, muszą przejść przez potencjalnie szkodliwą fazę ponownego natleniania, w czasie której może wzrastać poziom ROS. Partnerzy projektu zbadali zatem wpływ NO wytwarzanego w warunkach beztlenowych na ten proces, posługując się sadzonkami organizmem modelowym z gatunku Arabidopsis.

Wyniki tych prac wskazują, że NO wytwarzany w warunkach przejściowej hipoksji chroni roślin podczas następującej potem fazy ponownego natleniania dzięki mechanizmowi antyoksydacyjnemu. Ponadto przeprowadzono badanie dotyczące wpływu produkcji mitochondrialnego NO na mitochondria w warunkach hipoksji. Ustalono, że redukcja azotynu do NO chroni strukturę i czynność mitochondriów w warunkach niedoboru tlenu.

Projekt TRNOILOS dostarczył nowych informacji na temat regulacyjnej roli NO w beztlenowym i hipoksyjnym metabolizmie roślin. Coraz większa ilość danych przemawiających za ochronnym działaniem NO wskazuje na możliwość ochrony roślin przy pomocy kontrolowanego uwalniania azotynu lub NO do chorej tkanki roślinnej.