Tartu Ülikooli molekulaarse taimebioloogia professor Hannes Kollist koos oma uurimisrühmaga uurib, kuidas toimub taime lehtede gaasivahetus, mida reguleerib õhupilude avanemine ja sulgumine. Õhupilud on justkui väikesed "suud" lehe pinnal, mille kaudu taim omastab süsihappegaasi. Viimane, omakorda, on taimele toit ning ilma fotosünteesita, milles on samuti kesksel kohal süsihappegaas, ei toimiks maailmas suurt midagi.

Sellest, kui lahti on "taime suu" ehk õhupilu, sõltub see, kui palju süsihappegaasi sisse läheb. Kui taim teeb õhupilu väga lahti, pääseb rohkem süsihappegaasi sisse, kuid seda enam kaotab taim vett.

Nimelt lehe sees on õhk enamasti niiskem kui väljas ja õhulõhede avanemisel hakkab toimuma vee väljaaurumine, mida nimetatakse transpiratsiooniks. Õhupilude lahti ja kinni käimisest sõltub see, kas taim saab kasvada kiirelt või panustab sellele, et minimeerida vee väljaaurumist ja närbumist.

Süsihappegaasi ja stressihormooni võitlus

Kollist ja tema kaasautorid on kirjeldanud nüüd ära mitu olulist sammu sellest, kuidas õhupilud tajuvad süsihappegaasi. Kui taimel "läheb kõht tühjaks" ehk süsihappegaasi kontsentratsioon väheneb, teeb ta õhupilud lahti. Paraku läheb lahtise õhupilu kaudu välja ka palju niiskust, mis põua korral võib aga tähendada, et taim närbub lihtsalt ära.

"Taimed peavad kogu aeg analüüsima nii keskonnst kui ka lehe seest tulevat informatsiooni, et lahendada optimeerimisülessanne, kas on võimalik maksimeerida CO2 omastamist ehk kasvu või tuleb minimeerida vee kaotamist," selgitas ühe ilmunud töö esimene autor Kadri Tõldsepp.

Tartu taimebioloogidel ilmus hiljuti sel teemal kaks artiklit  neist üks maailma ühes tippteadusajakirjas PNAS ja teine taimebioloogia tippajakirjas The Plant Journal, kus nad seletavad, mis paneb taime õhulõhesid avama ja mis sulgema.

On olemas üks taimehormoon nimega abtsiishape ehk lühidalt ABA. See on eelkõige seotud põuaga: põuatingimustes vastutab see hormoon, kui lahti või kinni õhupilud on. Ilmunud tööd kirjeldavad, kus kohas lahknevad ABA ja süsihappegaasi rajad.

PNASis ilmunud artikkel kirjeldabki, kus kohas lahknevad ABA ja süsihappegaasi rada lahknevad.

Kinnine ja lahtine õhupilu taime pinnal. Autor: PS MicroGraphs

Kõike seda, kuidas taimede geenid ja molekulaarbioloogilised protsessid õhupilude avamist ja sulgemist reguleerivad, on Tartu taimebioloogid uurinud juba kümme aastat. Viimastel aastatel ilmunud uurimused on selle pika töö tulemused ning nende peale on ka vormistamisel patenditaotlus.

10 aastat teadustööd võib tulevikus sõna otseses mõttes vilja kanda

Kliimamuutuste tingimustes esineb järjest enam äärmuslikke tingimusi, näiteks põuda. Viimane oli probleem ka möödunud suvel Eestis, kus teraviljakasvatajate saak jäi tagasihoidlikuks, kuna taimed panid õhupilud lihtsalt kinni ega kasvatanud viljapead nii suureks nagu võinuks.

Inimese seisukohalt oleks aga hea, kui taim, näiteks teravili, hoiaks viljapea kasvatamise ajal õhupilud võimalikult lahti, kasutaks fotosünteesis võimalikult palju süsihappegaasi. Samas põua ajal aga oleksid võimelised oma õhupilud sulgema, et hoida parajat niiskustaset. "Tulevikukliimas võiksid need taimed saada paremini hakkama," selgitas Kollist. Selleks, et tulevikus taolisi taimi oleks võimalik aretada, on Kollisti uurimisrühm töötanud kümme aastat.

Toona algaski teadustöö sellest, et teadlased uurisid looduses leiduvate taimevormide käitumist stressitingimustes. "Sealt leidsime ühe taimeliini, mis erines teistest selle poolest, et tema õhulõhed on rohkem lahti ega sulgunud normaalselt süsihappegaasi käes. Siis kulus meil geneetilisteks, molekulaarbioloogilisteks ja biokeemilisteks eksperimentideks kümme aastat, kuni me saime aru, kuidas see ühenukleotiidiline mutatsioon mõjutas seda, mil moel taim reguleerib oma veekasutust süsihappegaasi kontsentratsiooni muutuse juures," selgitas Kollist.

Selle aja jooksul tehtud uuringute põhiliste tulemuste peale on Kollisti uurimisrühm esitanud ka patenditaotluse ning praegu käib töö selle nimel, et proovida, kas sama asja oleks võimalik rakendada ka tomati- ja riisitaimedel. "Ja kui see õnnestub, siis seda võiks ka sordiaretuses kasutada."

Seega võiks Tartu Ülikooli teadlaste töö tulemusena kasvada põldudel näiteks teravili, mis viljapea arenemise ajal oskab oma õhupilusid lahti hoida ja süsihappegaasi ahmida, kuid põuasel ajal oskaks hoida õhupilud kinni, et kaitsta end põua eest.