Mullu jaanuaris ilmus Tartu Ülikooli taimesignaalide uurimisrühmal teadusajakirjas Plant Physiology artikkel, mis on osutunud väga tsiteeritavaks ning pakub üksjagu kõneainet. Pole just tavaline, et selle valdkonna artiklid saavad aastaga teadusandmebaasides nii palju tsiteeringuid (Web of Science's 16, Google Scholaris 28 tsiteeringut) ning märke "valdkonnas palju tsiteeritud".

Miks see artikkel nii palju kõneainet pakub?

Artikli vastutav autor, Tartu Ülikooli taimebioloogia vanemteadur Ebe Merilo alustab selgitamist kaugemalt. Taimed biosünteesivad stressihormooni abstsiishapet (ABA), mis ebasoodsate tingimuste, näiteks mulla veepuuduse korral käivitab õhulõhede sulgumise signaalraja.

"Selles, kas õhulõhede sulgumist kuivas õhus vahendab samuti ABA või mitte, pole senimaani teadlaste hulgas üksmeelt," märgib Merilo. Iseenesest on juba viimane tõsiasi hämmastav, arvestades, et esimesed teaduslikud artiklid õhulõhedest avaldati 19. sajandil ning ABA roll õhulõhede regulatsioonis on teada juba ligi pool sajandit.

Tomatitaime õhulõhe avanemas ja sulgumas. Autor: Pbadhikari/Wikimedia Commons

"Kui varem oli kaalukauss selles suunas, et kuiva õhu toimel osaleb ABA õhulõhede sulgumises, siis meie artikkel lisas tõendusmaterjali pigem sellele, et selles protsessis peab lisaks ABA-le olema veel midagi muud. Kõige tõenäolisemalt on see miski muu õhulõhede hüdropassiivne sulgumine – puhtalt füüsikaline protsess, mis tagab ürgsemate taimede, näiteks sõnajalgade õhulõhede sulgumise kuivas õhus," selgitab Merilo.

Seni arvati, et kõrgemalt arenenud õistaimed on asendanud hüdropassiivse õhulõhede sulgemise tõhusama õhulõhede regulatsiooniga, milles on oluline roll signaalradadel, näiteks ABA omal. "Meie tulemustest paistab, et raskes olukorras, kui aktiivses signalisatsioonis on mingi oluline valk puudu või ABA süntees on takistatud, rakendavad ka õistaimed hüdropassiivset sulgumist."

Vajab edasist uurimist

See ongi põhjus, miks Tartu taimefüsioloogide artikkel oma valdkonnas sedavõrd palju huvi pakub, ehkki kõik teadlased ei pruugi olla päris samal arvamusel. Näiteks USAs asuva Purdue Ülikooli dotsent Scott McAdam leiab, et tegu on olulise, kuid edasist uurimist vajava leiuga.

Ühes oma viimastest artiklitest nimetab McAdam vanemteadur Ebe Merilo ja tema kolleegide uuringut uueks teooriaks. See uuring viitab asjaolule, et õhulõhede sulgemise taga on rohkem kui vaid see stressihormoon, tõdeb McAdam ning lisab kohe, et see tõstatab üksjagu küsimusi, iseäranis edasiste uuringute osas. 

"Kui see artikkel ilmus, oli see kahtlemata huvitav avastus, ma ütleks isegi, et vastuoluline," sedastab Scott McAdam. See pani teda esimese asjana mõtlema, et vaja on rohkem katseid, iseäranis looduses kasvavate taimedega, sest Tartu teadlaste katsed olid tehtud muu hulgas erakordsete mutatsioonidega taimedega ning laboris. Siiski, poolteist aastat pärast artikli ilmumist tõdeb McAdam, et tegu on olulise ja edasiviiva artikliga. "Me ei tea siiani, kuidas planeedi kõige olulisemad taimed [õistaimed - toim.] reageerivad keskkonnatingimustele. Seetõttu olid nende tulemused väga intrigeerivad.

Teine põhjus, miks Tartu taimefüsioloogide uuringu andmed annavad põhjust n-ö uuele teooriale, seisneb aparatuuris. Nimelt on füüsikud TÜ molekulaarse taimebioloogia professori Hannes Kollisti labori tarvis spetsiaalselt välja töötanud aparatuuri, mis võimaldab mõõta terve taime gaasivahetust. Kolleegid teistest riikidest mõõdavad kommertsiaalsete gaasivahetussüsteemidega, mis enamasti analüüsivad vaid väikest lehepindala.  

Ainulaadne ise tehtud aparatuur 

Tehnoloogiainstituudi laboris on seega maailmas ainulaadne aparatuur, mille ehitamisel on kohati kasutatud ka üsna tavalisi köögis kätte juhtuvaid vahendeid, kuid mis oma ainulaadsuse ja tõhususega meelitab siia katseid tegema ka mujalt riikidest – ERR Novaatori külaskäigu ajal tegi laboris odramõõtmisi Helsingi Ülikooli doktorant Maitry Paul.

Kuna taime veemajandus moodustab juurtest algava, juhtkudesid mööda kulgeva ning õhulõhedega lõppeva terviku, siis annavad terve taime mõõtmised juurde olulist infot. "Lehekambritega mõõtes ei pruugigi selliseid hüdropassiivseid vastuseid näha, sest taime ülejäänud osa on ju teistes tingimustes kui see konkreetne kambrisse suletud osa," ütles Merilo.

Kõik eelkirjeldatu on mõistagi alusteadus, mille puhul võib tekkida küsimus, mis kasu on sellest meie igapäevaelus?

Põuakindlad taimed on esimene märksõna ning see puudutab meid eriti valusalt kliima soojenemisega seotult. Kuumem ja põuasem ilm nõuab taimesorte, mis nendes tingimustes vastu peaksid ning saaki annaksid. Seetõttu teeb Taimesignaalide labor tihedalt koostööd ka Jõgeval asuva Eesti Taimekasvatuse Instituudiga, et uurida fotosünteesi ja õhulõhede avatuse seoseid saagikusega. 

Põuakindluseks on vaja, et õhulõhed oleksid pigem suletud või sulguksid kiiresti siis, kui muld hakkab kuivama. "Samas fotosünteesi jaoks on vaja, et õhulõhed oleks pigem avatud ning inimesi toitev saak tuleb ikka ainult fotosünteesist," nendib Merilo. Selle kõige jaoks on sordiaretuses tarvis teada, kuidas ja mis tingimustes taimed õhulõhesid avavad ja sulgevad ning kuidas õhulõhede regulatsioon saaki mõjutab.

Lisaks fotosünteesi toetamisele on avatud õhulõhedel oluline roll ka lehtede jahutamisel. Näiteks 5. juunil Jõgeval tehtud mõõtmised näitasid, et kui õhutemperatuur oli 32 kraadi, siis talinisu sortide keskmine lehetemperatuur oli 28 kraadi.

"See jahutamine tulenes transpiratsioonist ehk taimaurumisest ja on väga oluline, sest fotosüntees kõrgetel temperatuuridel langeb. Seega muutub taimearetus tulevikus spetsiifilisemaks mitte ainult metoodika poolest, vaid ka regionaalses mõttes. See tagab, et uued aretised sobivad kõige paremini antud piirkonna kliimaga."

Scott McAdam toob välja, et teadlased ei mõista veel, kuidas taimed reageerivad kuumalainetele ja kõrgetele temperatuuridele. "Kui me ei mõista, kuidas taimed reageerivad äärmuslikele oludele, mida tuleb ette järjest sagedamini, hakkame nägema ulatuslikke liikide väljasuremisi. Seetõttu ma olen väga õnnelik, et see avastus on tehtud just praegu, kuna see näitab kui vähe me taimede reaktsioonidest üldse teame."

Tartu Ülikooli taimesignaalide uurimisrühm on osa Molekulaarse Rakutehnoloogia tippkeskusest.