2010/3



   Eesti Looduse
   fotovoistlus 2010




   AIANDUS.EE

Eesti Loodus
Intervjuu EL 2010/3
Taimede stressi aitavad maandada hulhed

Hannes Kollist on sndinud 30. novembril 1970 Tartus. Lpetas 1989 Tallinna 47. keskkooli (praegune Liivalaia gmnaasium) ja 1994 Tartu likooli keemikuna. Ttas 19931996 Tartu sanatoorse kooli (praegu Herbert Masingu kool) geograafia- ja keemiapetajana, 19942001 T molekulaar- ja rakubioloogia instituudis, laborandi ja teadurina. 19951996 ttas Taanis keskkonnauuringute instituudis ja Ris teaduskeskuses, 19992000 Soome metsauuringute instituudi Suonejoki uurimisjaamas. Praegu T tehnoloogiainstituudi taimebioloogia vanemteadur. 1997 sai Tartu likoolis magistrikraadi ja 2001 Ph.D. (Lehe rakuseina askorbaat kui osooni hvitaja ja tema transport lbi plasma membraani). Uurinud eri taimeliikide antioksdatiivset kaitsevimet ja osooni kivitatud rakusurma regulatsioonimehhanisme. Praegu uurib peamiselt taime hulhede regulatsiooni. Ttanud ja tiendanud end Taanis, Hispaanias, Itaalias ja Soomes. Sai tnavu riigi teaduspreemia kollektiivi juhina (liikmed Heino Moldau ja Triin Vahisalu) uurimistde tskli Taimede stressitaluvus eest.

Teaduspreemia saanud uurimuste tskkel kandis lihtsat pealkirja Taimede stressitaluvus. Bioloogiakaugele inimesele jb see kahtlemata arusaamatuks no mis stress vib taimedel kll olla? Mida meldakse taimede stressi all?

Mned kmned aastad tagasi vttis sel teemal sna koguni Ameerika president. Snum oli tal midagi sellist: pha taevas, milleks meile veel taimestressi uuringud inimestel niigi stressi palju ja vahendeid teadustks napib.
Kui tsisemates toonides jtkata, siis taimedel tekib stress siis, kui tingimused pole kasvuks optimaalsed. Ja seda juhtub ju kogu aeg. Kas on liiga klm vi kuum, on vett vi valgust liiga vhe vi hoopis liiga palju. Napib toitaineid, rndavad patogeenid. Nagu nha, osa taimedele stressi tekitavaid mjureid phjustavad stressi ka inimestel. Kuid erinevalt inimestest puudub taimedel vimalus stressi eest pageda, sest nad on juurtega maas ega pse liikuma. Seetttu on taimedest saanud suureprased stressitalujad.
Preemia plvimisel oli ilmselt kaalukaim argument see, et meil nnestus kirjeldada taime hulhede plasmamembraani anioonkanal. Juba aastakmneid tagasi selgus, et hulhede kiire sulgumise kivitamisel mngib vtmerolli anioonkanali aktiveerumine, kuid polnud teada, milline geen seda kanalit kodeerib ja milline on vastava valgu struktuur.
Tuleb tunnistada, et meie tegelikult sulgrakkude anioonkanalit ei otsinud. Otsisime hoopis geene ja valke, mis reguleerivad taimede osoonitundlikkust. Kasutasime selleks erinevaid osoonitundlikke mutante. Selgus, et he mutandi osoonitundlikkuse phjustajaks oli mutatsioon geenis, mis osutuski sulgrakkude anioonkanaliks. Lhemal uurimisel tuli vlja, et see kanal on vajalik hulhede sulgumiseks peaaegu kikide teada-tuntud mjurite toimel. Seega on tegemist taime jaoks kaunis olulise valguga. htlasi on meil nnestunud selgitada leitud kanali regulatsioonimehhanisme.

Kas peale anioonkanali on ka muid mehhanisme, mis hulhe sulgrakkude liikumist mjutavad?

Oo jaa. Eks peamine liikumapanev jud on ikka vesi. Kui vesi liigub hulhe sulgrakkudesse, siis nad punduvad, tmbuvad kveraks ja hulhed on avatud; kui vesi liigub vlja, siis hulhed sulguvad. Vee paneb liikuma osmootselt aktiivsete ainete kontsentratsiooni muutumine sulgrakus.
Et vesi sulgrakku saada, tuleb teha td. Selleks on sulgrakkude plasmamembraanis H+-ATPaas, mis kasutab rakusisest energiakandjat, ATP-d ja pumpab prootoneid rakust vlja, seetttu membraan polariseerub ja tekitab raku sisemuse ja vlise ruumi vahel elektrokeemilise gradiendi, mida kasutatakse kaaliumioonide sulgrakku saamiseks. Viimane toimub kaaliumi kanalite kaudu.
Raku sees snteesitakse fotosnteesi produktidest vastukaaluks negatiivseid orgaanilisi anioone, niteks malaati. hulhede sulgumisel inhibeeritakse H+-ATPaas, aktiveerub meie leitud anioonkanal, hiljem ka kaaliumi vljavoolu kanal, ioonid liiguvad rakust vlja, sulgraku turgorrhk langeb ja hulhe sulgub.
Peamised hulhesid avavad tukejud on valgus, suurenev huniiskus ja vhenev ssihappegaasi kontsentratsioon. hulhede sulgumise kivitab pimedus, huniiskuse vhenemine, ssihappegaasi ja osooni kontsentratsiooni kasv. Tuntud mjur hulhede sulgumisel on ka hormoon abtsiishape.

Kuidas taim anioonkanali talitlust reguleerib?

Ega seda veel pris tpselt ei teata. Kui vaadata anioonkanali oletatavat molekulaarset struktuuri, siis sel valgul on kmme transmembraanset domeeni, mis moodustavad struktuuri, mille kaudu anioonid liikuma psevad. Lisaks on valgu N-terminaalses osas nn. hdrofiilne saba.
Kanali avamise ja sulgumise tpseid mehhanisme veel ei teata, aga ks vimalus on selline, et hdrofiilne saba toimib nagu kork. Juhul, kui saba keemiliselt modifitseeritakse, niteks lisades sinna fosfaatrhmi, siis ta keerdub kanalist vlja ja kanal on avatud. Juhul, kui fosfaatrhmad eemaldatakse, tmbub saba taas kanalisse ja kanal on kinni. Meil on ilmumas artikkel, kus nitame, et anioonkanali aktiveerib kanali N-terminaalse saba fosforlimine proteiin kinaasiga OST1. Arvatavasti reguleeritakse anioonkanali talitlust just selle kinaasi aktiivsuse kontrolli kaudu.
2009. aastat vib nimetada hulhede regulatsiooni mistmisel murranguliseks, kuna prast pikaajalisi jupingutusi ja korduvaid lbikukkumisi leiti lpuks abtsiishappe (ABA) retseptorvalgud. Sel teemal ilmus ajakirjades Nature ja Science mdunud aastal kokku kuus artiklit ja avastuse valis Sciencei toimetus heks 2009. aasta thtsndmuseks. Nende teadustde tulemused hulhede regulatsiooni kohta vib vtta kokku nii, et leitud ABA-retseptorid kontrollivad nimetatud OST1 kinaasi aktiivsust. Selle tpsemat toimemehhanismi veel ei teata.

hulhesid on pris mitut tpi, nii sulgrakkude paigutuse kui ka kaasrakkude hulga jrgi. Kas avastatud anioonkanali valgud on eri tpi taimedel universaalsed?

Aus vastus on, et ei tea. Oletan, et anioonkanal on siiski universaalne. Vhemalt oleme vga analoogse jrjestusega geeni leidnud sstemaatiliselt kaugetest taimedest, riisist ja paplist.

Miks on oluline taimede hulhesid uurida?

hulhede avatus reguleerib taimede gaasivahetust. Nende kaudu pseb taime thtis toitaine ssihappegaas ja vljub loomse elu alus hapnik. Kuna lehe sees on huniiskus 100%, vliskeskkonnas aga enamasti tunduvalt viksem, siis kaotab taim hulhede avanedes paratamatult ka vett. Seda nimetatakse transpiratsiooniks. Transpiratsioon on muidugi ka vajalik protsess, sest see on jud, mis tmbab vee puude latvadesse. htlasi psevad hulhede kaudu taime sisekeskkonda saasteained ja patogeenid.
hulhesid sulgedes saab taim ennast keskkonnast isoleerida. Seega: hulhed on taime jaoks sna olulised organid ja hulhede regulatsiooni mehhanismide tundmine on ks eeldusi stressi paremini taluvate sortide molekulaarseks aretuseks.

Teaduspreemia sai ka piimhappebakter, millel on otsene vljund inimese toidulauale. Kuidas taimede stressiuuringud inimese heaolu parandavad?

Meie uuringutel nii selget vljundit eestimaalaste toidulauale ei ole ja karta on, et ei tulegi. Kui ksitleda ksimust globaalsest vaatenurgast, siis piimhappebakter mngib rolli inimeste tervislikul toitumisel, mis on kahtlemata vga oluline, kuid sisuliselt saab seda hve endale lubada vaid rikkam osa inimkonnast. Nljahda pole maailmast kuhugi kadunud. Videtakse, et alatoitumise kes kannatab kuni miljard inimest.
Taimede stressiuuringute eesmrk on mista taimede stressiga kohastumise mehhanisme ja luua eeldused stressi taluvamate, samas vhenudlike sortide aretuseks.
Niteks, taimede puhul varieerub looduslik stressitaluvus enamasti tohutult. On ju selge, et phja pool kasvavad isendid ei karda klma ja lunapoolsed saavad ilmselt pua ajal hsti hakkama, kuigi tegu on sama liigiga. Kui me mistame, millised on need geenid ja valgud, mis seda erinevust phjustavad, siis on meil potentsiaalne vimalus vajalikke tunnuseid vrdlemisi kiirelt vajalikele pllukultuuridele le kanda. Eks klassikaline sordiaretus ongi seda aastatuhandeid teinud, ristates eri sorte. Ainus vahe on selles, et ndisaegne tehnoloogia vimaldab seda teha kiiremini ja tpsemalt.

Kas kunagi vib juda ka sinnamaale, et inimene saaks mingit moodi taime hulhede avanemist-sulgumist omatahtsi kontrollida?

ldiselt suhtun inimese kikvimsasse kontrolli looduse le ettevaatlikult. Ega see nii lihtne ei ole.
Looduses on evolutsioon asju aastatuhandeid silunud ja sttinud. Need, kes on leidnud endale nii, on ellu jnud, ja loota, et inimene siin midagi kiirelt ja targalt paremini seada suudab, on pisut naiivne. Kuid teatud juhtudel vib see siiski vimalik olla.
Toon nite meie teadusest. Uurides mrlooga maailma eri paigust prit kotpide hulhede avatust samadel tingimustel, selgus, et see tunnus varieerus enam kui viis korda. Isegi neil kotpidel, kelle hulhed olid vga kinni, jtkus huvahetusest piisavalt ssihappegaasi fotosnteesiks. Kuigi hulhede juhtivus varieerus mitu korda, oli fotosnteesi aktiivsus ja taime kasv peaaegu sama. See thendab, et osal kotpidel olid hulhed selgelt liiga lahti ja sisuliselt nad raiskasid vett.
Kui nd selgub, et mnel pllukultuuril on samad nn. vett raiskavad kalduvused, aga pllumehel on plaan kasvatada taimi piirkonnas, kus veevarud on piiratud, siis on ju selge, et kasulik oleks pda leida vi luua taimesort, mille hulhede avatus oleks pisut koomale reguleeritud. Arvatavasti oleme selleks varsti suutelised, vib-olla juba praegu. Iseasi, kas me seda tehes taime jaoks mingeid teisi probleeme ei tekita. Seega konkreetne ja lhike vastus sinu ksimusele on jah: ilmselt suudame kll, iseasi, kas sellest on ka kasu. Kuid ega enne teada ei saa, kui jrele ei proovi.

Mida on uut taimede osoonitaluvuse uuringutes?

Vahepeal kiputi arvama, et taime osoonitundlikkus oleneb peamiselt sellest, kuivrd taim suudab osooni toimel indutseeruvate hormoonide ning geenide ige avaldumise kaudu muuta osooni mju lehe sees vhem toksiliseks. Aga meie viimased uurimused nitavad, et peamine tegur on palju lihtsam hulhede avatus. Mida avatumad on hulhed, seda enam osooni pseb lehe sisse ja seda ulatuslikumad on taime kahjustused. Niteks taimeliinid, kus mainitud anioonkanal ei toimi, on osoonitundlikud, kuna hulhed ei sulgu osooni toimel, nii nagu see toimub looduslikel taimedel.
Kui rkida veel meie tulemustest selles vallas, siis meil on ilmumas teadust mrlooga (Arabidopsis thaliana) maailma eri paikadest prit kotpide osoonitundlikkuse kohta. Selgus, et looduslike kotpide osoonitundlikkus varieerub vga suurel mral. Tegime kindlaks, et selle variatsiooni peamine phjustaja on erinev hulhede avatus.
Eriti huvitav oli see, et kotpide osoonitundlikkuse variatsioon oli tunduvalt suurem kui varem kirjeldatud osoonitundlikel mutantidel. See nitab, et pelgalt laborimutantide aeg hakkab ilmselt otsa saama ja mistlik on olulisi tunnuseid kirjeldavate mehhanismide avastamiseks uuesti laborist vlja minna ja uurida vastuste saamiseks looduslikku variatsiooni.

Mainisid philise katsealusena mrlooka. Mis taimi te veel katsetes kasutate? Kas uurite samu nhtusi ka looduslikus koosluses?

Praegu on peamine uurimisobjekt testi mrlook, kuid paistab, et tasapisi hakkab laborisse tagasi tulema ka tubakas. Praegu me looduslikes kooslustes katseid ei tee, kuid vib-olla alustame eksperimenti, et saada teada, milline geenikomplekt on oluline mrlooga kohastumiseks meie kliimaga. Plaanime selleks kasutada Portugalist ja Luna-Soomest prit mrlooga kotpide ristandite populatsiooni. Kui asi peaks nnestuma, siis oskame ehk elda, millised geenid ja valgud teevad Luna-Soome mrlooga klmataluvaks ja vastupidi, millised geenid ja valgud suurendavad Portugali kotbi puakindlust.

Mida nitas rakuseina askorbaadi antioksdatiivse tugevuse uurimine? Mispoolest on thelepanuvrne mrlooga osooni- ja valgustundlik mutant rcd2?

1990. aastate alguses pstitati hpotees, et taime osoonitundlikkust mjutab oluliselt taime rakuseina askorbaat ehk C-vitamiin. Askorbaat on teatavasti antioksdant, mis hvitab vabu radikaale ja ka osooni. Pakuti, et taime rakuseina askorbaadist piisab lehte sisenenud osooni hvitamiseks.
Siiski, katsetega oli seda hpoteesi kontrollitud vrdlemisi pealiskaudselt. Hpoteesi kontrollimine sai minu doktorit teemaks. Selgus, et rakuseina askorbaadist on osooni detoksifitseerimisel siiski sna vhe abi, kuna taime rakusein on huke: osooni ja askorbaadi reaktsiooni jaoks ei jtku lihtsalt aega ja enamik osoonimolekule difundeerub lbi rakuseina ja juab tundliku plasmamembraanini.
Osooni- ja valgustundliku mutandi rcd2 iseloomustamine oli minu esimene t Helsingi likoolis. Mul nnestus kll vlja selgitada, millises geenis osooni- ja valgustundlikkust phjustav mutatsioon paikneb, kuid tuleb tunnistada, et ma ei saanudki selgust, milline on selle geeni ja vastava valgu bioloogiline roll. Tegu oli kloroplasti membraanvalguga, aga milles seisneb tema biokeemiline funktsioon, pole aimu siiani. Lohutuseks vib vast lisada, et kuigi paljude taimede genoomid on sekveneeritud, mrlooga genoom juba aastal 2000, on nende geenide ja valkude hulk, mille biokeemilist funktsiooni mistame, endiselt selges vhemuses.

Osoonitundlikkuse uurimisel on mul tekkinud tihti ksimus: miks just osoon?

Osoon on vga agressiivne. Teatud materjalidega ta ei reageeri, kuid taimes on ta vimeline reageerima peaaegu kigega, mis talle ette jb.
Teiseks, osooni populaarsus tuleneb ilmselt ka sellest, et biosfri jaoks on ju tegu huvitavalt kahepalgelise molekuliga. Tunneme ju n.-. head ja halba osooni. Hea on leval stratosfris ja filtreerib seal osa pikeselt langevast UV-kiirgusest. Halb osoon on siin all meid mbritsevas troposfris. Nagu teada, on inimesel nnestunud mjutada nii hea osooni kahanemist kui ka halva osooni kasvu.
Lisaks on hinnatud, et troposfri osooni kontsentratsioon on tstusrevolutsiooni algusest alates suurenenud koguni kolm kuni viis korda. See on kaunis mrkimisvrne tulemus.
Rgitakse palju CO2 kontsentratsiooni kasvust, kuid sama ajavahemiku jooksul on tema kontsentratsioon hinnanguliselt suurenenud 35 protsenti.

Kas peale osoonitaluvuse ja hulhede liikumise oled viimasel ajal tegelenud ka teiste probleemidega?

Minu temaatika seostub peamiselt just nende teemadega, viimasel ajal rohkem hulhedega. Kui tehnoloogiainstituudi taimedega tegelevat seltskonda laiemalt vaadata, siis on meil vaatluse all ka lipiidsete signaalmolekulide (N-atsletanoolamiinide) signaalilekanne. Seda td juhib dr. Sue Wang. Mobilitase tippteadlase programmi raames on meiega liitumas dr. Mikael Brosche Helsingist. Tema temaatika on seotud mrlooga kotpide kohastumise molekulaarsete mehhanismidega.

Millisena paistab kodumaine taimefsioloogia teiste maade taustal? Kus ja kuidas tegeletakse samade uurimissuundadega?

Arvestades Eesti viksust ja heitlikku ajalugu, ei ole phjust kurta. Meil on mitu tugevat laborit. Eesti eripra seisneb selles, et taimebioloogiaga on sattunud tegelema hulk fsikuid. Pean silmas Agu Laiska ja minu juhendajat Heino Moldaud. Fsikud on teatavasti tublid konstruktorid ja aparatuuri ehitajad. Tnu sellele on Eestis sna unikaalne aparatuur ja oskusteave taimede elutegevuse jlgimiseks mitmesugustes stressitingimustes. See on loonud meile oma nii ja vimaldab judumda tipptasemel kaasa la. Meie peamised koostpartnerid on Helsingi, California San Diego ja Wrzburgi likoolis.

Kas sul peale teaduse jb aega ka muudeks harrastusteks? Kuidas puhkad?

Meil on peres kolm last: kaheteistkmne-, kmne- ja viieaastane. Seega on nii neid, kel juba murdelised ajad, kui ka neid, kes on veel lihtsalt vikesed ja vajavad palju hoolt. Nendega tegelemine vtab kaunis palju aega ja mulle see meeldib. Seda vib praegu lausa harrastuseks pidada.
Lisaks tegeleme hobikorras lambakasvatusega: see on suureprane viis argielust vlja llituda. Muidu olen sna kehv puhkaja. Niisama kodus puhkamine ja telust vljallitumine ei kipu nnestuma. Pean selleks ikka millegi muuga tegelema vi kuhugi ra sitma. Pisut meeldib mulle ennast ka fsiliselt liigutada: jooksen, mngin spradega korp! Ugalast jalgpalli ja suusatan. Iga-aastane sportlik tippsndmus minu jaoks on Tartu maraton. Endiselt meeldib ka reisida.



Taimefsioloog Hannes Kollistit ksitlenud Toomas Kukk
28/11/2012
26/11/2012
05/10/2012
09/07/2012
26/06/2012
26/06/2012
22/05/2012

Mis see on?
E-posti aadress:
Liitun:Lahkun: 
Serverit teenindab EENet