Plant responses to ultraviolet radiation and blue light: from perception to crop production

Att förbättra jordbruksproduktiviteten för att föda en växande världsbefolkning är en av de största utmaningar som mänskligheten står inför. Nya befolkningsprognoser förutspår att det år 2050 kommer att finnas 2,4 miljarder fler människor på jorden. Då måste vi kunna förbättra jordbruksproduktionen med begränsningen av befintliga resurser samtidigt som man övervinner hot från klimatförändringar såsom förändrad temperatur, luftföroreningar och vattentillgänglighet. Dessutom hotas livsmedelssäkerheten av demografiska konflikter, massmigration av jordbrukare till stadsområden och ekonomiska kris orsakad av pandemier som den vi för närvarande lever med covid-19.

Eftersom växter är primärproducenter behöver vi en bättre förståelse om hur växter reagerar på miljön för att förbättra livsmedelsproduktionen. Växter är kontinuerligt utsätta för olika ogynnsamma miljöspänningsförhållanden som begränsar deras optimala tillväxt och produktivitet. Abiotiska stress såsom torka, värme, salthalt, översvämningar, UV bestrålning och ozon påverkar det moderna jordbruket negativt genom att minska den globala avkastningen av viktiga grödor i världen vilket påverkar livsmedelssäkerhet och hållbarhet. Faktisk gröda utbyten är ibland under 50 % av det optimala utbytet. Om vi kan identifiera de faktorer som förhindrar att jordbruksavkastningen når sin fulla potential, då kan vi förbättra växten produktivitet genom växtförädling eller redigeringsteknik för genom.

Växter, som fotoautotrofa organismer, utsätts obligatoriskt för solljus, vilket innehåller energisk ultraviolett (UV) bestrålning som kan orsaka skada på DNA, lipider och proteiner. Men UV orsaka inte bara skada. Det spelar också nyckelroller som reglerande signalfrämjande mekanismer för UV-skydd och reparation, tillväxtreglering och växtanpassning till miljön. UV och blått ljus kan också orsaka förändringar i metabolitprofiler som hjälper växter att försvara sig mot insekt- och svampattacker.

Det föreslagna projektet syftar till att studera molekylära mekanismer som gör att växter kan få UV- och blått ljus fotoner och svarar på fysiologisk nivå. Växtmodellarten Arabidopsis thaliana och andra arter med värde inom hortikultur som tomat kommer att vara används i experiment med olika ljuskällor för att bedöma olika växter reaktioner inklusive förändringar i genuttryck och metabolitprofiler, fotosyntetisk prestanda och tillväxt. Växter använder specifika proteinfotoreceptorer för att uppfatta olika ljus kvaliteter. Genom att använda mutanta växter med nedsatt funktion av olika UV- och blått ljus fotoreceptorer kan vi bestämma deras roller i att förmedla signalhändelser som utlöses av UV och blått ljus. Detta gör att vi kan förstå bättre hur växter reagerar på ljus vid molekylnivån som är mycket viktigt för att tillverka nya växter med ökade näringsvärden i framtiden.