LAMMC Žemdirbystės instituto Genetikos ir fiziologijos laboratorijos doktorantė Gabija Vaitkevičiūtė kartu su bendraautoriais dr. Andriumi Aleliūnu, dr. Yves Gibon ir dr. Rita Armoniene žurnale „Frontiers in Plant Science“ (IF – 6,627) paskelbė pirmąjį doktorantūros studijų straipsnį „The effect of cold acclimation, deacclimation and reacclimation on metabolite profiles and freezing tolerance in winter wheat“. Šiuo darbu siekta nustatyti pailgintos aukštesnės grūdinimosi temperatūros poveikį žieminių kviečių metabolitų kaupimui, atsparumui šalčiui ir antžeminės dalies biomasės kaupimui grūdinimosi, užsigrūdinimo praradimo ir pakartotinio užsigrūdinimo metu.
Grūdinimosi svarba žieminiams kviečiams
Žieminiai kviečiai yra viena svarbiausių grūdinių kultūrų Baltijos regione. Šie javai sėjami rudenį ir esant žemoms teigiamoms temperatūroms patiria grūdinimąsi, kurio metu vyksta genetinis perprogramavimas – kinta genų raiška, kaupiami atitinkami metabolitai ir sulėtėja augimas. Užsigrūdinę kviečiai įgyja atsparumą šalčiui ir geba išgyventi net −20° C temperatūrą. Orams šylant, augalai praranda užsigrūdinimą, o kartu ir atsparumą šalčiui. Ankstesni tyrimai rodo, jog dėl klimato kaitos ilgėjantys ir šiltėjantys rudenys, padidėjęs debesuotumas ir sumažėjusi sniego danga gali neigiamai veikti žieminių javų išgyvenamumą. Taip pat dažnėjantys temperatūrų svyravimai žiemą gali per anksti sukelti užsigrūdinimo praradimą. Kartu su užsigrūdinimo praradimu sumažėjęs atsparumas šalčiui gali būti itin kenksmingas staigiai užėjus šaltų orų laikotarpiui. Taigi, siekiant prisitaikyti prie kintančių klimato sąlygų, reikalingi žieminiai kviečiai, turintys gebėjimą užsigrūdinti ne tik efektyviai, bet ir pakartotinai. Nors grūdinimosi procesas tyrinėjamas jau seniai, vis dar trūksta duomenų apie tai, kaip aukštesnė grūdinimosi temperatūra paveiks žieminių kviečių augimą, atsparumą šalčiui ir metabolitų kaupimo procesą. Taip pat tebėra neaiškūs užsigrūdinimo praradimo ir pakartotinio užsigrūdinimo ypatumai. Būtent tokie klausimai ir buvo analizuoti tyrimo metu.
Eksperimento vykdymo ypatumai
Eksperimentui buvo pasirinktos 6 žieminių kviečių veislės, pasižyminčios nevienodu atsparumu šalčiui. Augalai buvo grūdinami dviem skirtingomis grupėmis. Pirmoji grupė 49 dienas buvo grūdinama 2° C temperatūroje, antroji – 28 dienas 10° C ir 21 dienas 2° C temperatūroje. Vėliau abi grupės 7 dienas buvo atgrūdinamos 10° C temperatūroje ir pakartotinai 14 dienų grūdinamos 2° C temperatūroje. Taigi, eksperimentas iš viso truko 70 dienų. Kartą per savaitę buvo surenkami lapų ir krūmijimosi mazgų mėginiai metabolitų analizei. Eksperimento metu augalai taip pat buvo fotografuojami, siekiant įvertinti jų antžeminės dalies biomasės augimą. Kartu atlikti ir šaldymo testai, nustatytas visų 6 veislių atsparumas šalčiui užsigrūdinimo, užsigrūdinimo praradimo ir pakartotinio užsigrūdinimo etapais.
Grūdinimosi temperatūros ir stadijos įtaka metabolitų kaupimui
Laimėjus EPPN2020 Transnational Access programos finansavimą, atsirado galimybė išvykti į Bordo, Prancūziją, ir pasinaudoti ten esančia didelio našumo metabolitų fenotipavimo platforma. Tirpių angliavandenių, krakmolo, heksozės fosfatų, organinių rūgščių, aminorūgščių, baltymų ir polifenolių matavimai žieminių kviečių lapų ir krūmijimosi mazgų mėginiuose užtruko beveik tris mėnesius. Nustatėme, kad palyginus su žemesne, aukštesnė grūdinimosi temperatūra suaktyvino žieminių kviečių antžeminės dalies biomasės augimą ir padarė neigiamą įtaką jų atsparumui šalčiui. Taip pat lapuose ir krūmijimosi mazguose buvo prasčiau kaupiami tirpūs angliavandeniai, baltymai ir aminorūgštys, o krakmolo buvo kaupiama daugiau. Po užsigrūdinimo praradimo žieminių kviečių atsparumas šalčiui reikšmingai sumažėjo abiejose grupėse, jie abiejuose audiniuose kaupė mažiau sacharozės bei prolino ir daugiau krakmolo. Įdomu tai, jog po pakartotinio užsigrūdinimo beveik visos veislės atgavo atsparumą šalčiui – nustatėme, kad lapai pradėjo kaupti daugiau gliukozės ir malato, krūmijimosi mazguose padaugėjo sacharozės, o krakmolo sumažėjo abiejuose audiniuose. Viso eksperimento metu buvo matomi labai ryškūs metabolitų kaupimo skirtumai tarp audinių. Atlikta koreliacijų analizė parodė, jog žieminių kviečių atsparumui šalčiui neigiamą įtaką daro didesnė krakmolo koncentracija lapuose ir krūmijimosi mazguose, teigiamą – prolinas ir baltymai, kaupiami krūmijimosi mazguose.
Eksperimento reikšmė ir rezultatų pritaikomumas
Šis tyrimas papildė mokslinės bendruomenės žinias apie žieminių kviečių grūdinimąsi, užsigrūdinimo praradimą bei pakartotinį užsigrūdinimą, suteikė naujos informacijos apie skirtingų grūdinimosi temperatūrų įtaką metabolitų kaupimui, biomasės augimui ir atsparumui šalčiui. Manome, jog pusiausvyra tarp krakmolo biosintezės bei jo skaidymo ir gebėjimas energijos išteklius nukreipti prolino bei baltymų gamybai gali būti svarbūs žieminių kviečių išgyvenamumo komponentai kintančio klimato sąlygomis.
Pailgintos aukštesnės grūdinimosi temperatūros poveikis žieminių kviečių fiziologijai ir metabolitų kaupimui lapuose bei krūmijimosi mazguose grūdinimosi (CA), užsigrūdinimo praradimo (DEA) ir pakartotinio užsigrūdinimo (REA) metu, palyginus su pastovia žemesne grūdinimosi temperatūra (pavaizduoti tik esminiai (p < 0,05) pokyčiai).
Informaciją parengė Gabija Vaitkevičiūtė
