Τα φυτά «διαβάζουν» και ανταποκρίνονται σε ερεθίσματα του περιβάλλοντος όπως η φωτοπερίοδος, η διάρκεια δηλαδή της ημέρας και της νύκτας, τροποποιώντας και προσαρμόζοντας τις φυσιολογικές τους διεργασίες.
Η φωτοπερίοδος, τροποποιείται καθώς οι εποχές αλλάζουν (την άνοιξη αυξάνονται οι ώρες φωτός) και τις αλλαγές αυτές τις αντιλαμβάνεται το φυτό μέσω του κιρκαδικού ρολογιού που διαθέτει, ενός μηχανισμού που συναντάται σε όλους σχεδόν τους οργανισμούς και αποτελείται από μια σειρά γονιδίων (και φωτοϋποδοχέων). Ο μηχανισμός αυτός δρα κυριολεκτικά σαν «ξυπνητήρι» για τα φυτά, δίνοντας το σήμα να βγουν από τον λήθαργο, να ενεργοποιήσουν ή να αναστείλουν βιολογικές διεργασίες τους.
Τα γονίδια που βρίσκονται στην αρχή του «μονοπατιού» (genetic pathway), όπως η Γιγαντέα (Gigantea), επηρεάζουν την μεταγραφή και μετάφραση άλλων γονιδίων (δηλαδή αν θα παραχθεί το προϊόν των γονιδίων που ελέγχει ένα σύστημα-χαρακτηριστικό) που ελέγχουν θεμελιώδεις διεργασίες όπως αυτή της σύνθεσης υδατανθράκων (μεταβολισμό, φωτοσύνθεση), την αναπαραγωγή, την αναπνοή (άνοιγμα στομάτων) και την ανάπτυξης (θνητότητας) του φυτού. Παρεμβάσεις σε αυτό το σύστημα μπορούν να προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα όπως η βελτιστοποίηση της ικανότητας ανταγωνισμού και επιβίωσης των φυτών καθώς και η μεγιστοποίηση της παραγωγής.
Για να απεμπλακούν από εξαρτήσεις που ορίζουν αν ένα φυτικό είδος μπορεί να καλλιεργηθεί σε διαφορετικά μήκη και πλάτη του πλανήτη ή σε διαφορετικές εποχές του έτους, καθώς και για να βελτιώσουν την ανθεκτικότητα στην ξηρασία και να βελτιώσουν την παραγωγικότητα και το προσδόκιμο ζωής, οι γενετιστές-βελτιωτές επενέβησαν και επέλεξαν άτομα του είδους που παρουσίαζαν διαφορετική εξάρτηση στο σύστημα αυτό των γονιδίων.
Η πατάτα «απελευθερώθηκε» από την φωτοπερίοδο
Χαρακτηριστικό είναι το παράδειγμα της πατάτας. Η πατάτα Solanum tuberosum έχει δύο βασικά υπό είδη, που τα άτομά τους μπορούν να παράγουν κονδύλους μόνο υπό την επικράτηση, μακράς φωτοπεριόδου (συνθήκες όπου η μέρα έχει περισσότερες ώρες από την νύχτα) και μικρής φωτοπεριόδου. Η πρακτική μετάφραση αυτού είναι ότι τα φυτά δεν θα παράγουν κονδύλους (πατάτες) αν δεν συμπληρωθεί ο ελάχιστος αριθμός επιθυμητών, ανά υποείδος, ωρών φωτός. Κατά την διάρκεια μελέτης των σχέσεων των γονιδίων που ελέγχουν αυτές τις αντιδράσεις, οι επιστήμονες ανακάλυψαν ότι υπάρχουν τουλάχιστον 3 αλληλόμορφα (εκδοχές γονιδίου) ενός γονιδίου με ρόλο κλειδί, που φαίνεται να επηρεάζει το αν το φυτό της πατάτας θα στρέψει τα αποθέματα υδατανθράκων (και άλλων θρεπτικών) προς τα υπόγεια όργανά του για να δημιουργήσει τους κονδύλους ή όχι. Το γονίδιο αυτό ονομάστηκε StCDF1 και ομόλογά του έχουν μελετηθεί εκτενώς και στον οργανισμό μοντέλο Αραβίδοψη (Arabidipsis thaliana). Επιλέγοντας λοιπόν άτομα του είδους που έφεραν τα αλληλόμορφα, του γονιδίου, που δεν επηρεάζονται από τα κιρκαδικά γονίδια (κατ’ επέκταση από την φωτοπερίοδο), τα πατατόφυτα μπορούν πλέον να παράγουν κονδύλους όπου και αν καλλιεργούνταν.
Παράλληλα, ερευνητές του πανεπιστημίου του Wageningen της Ολλανδίας ανακάλυψαν σύνδεση των κιρκαδικών αυτών γονιδίων και με τον κύκλο ζωής των πατατόφυτων και την ανθεκτικότητά τους σε συνθήκες ξηρασίας. Επόμενος στόχος είναι να μπορέσουν να κατανοήσουν και να ελέγξουν αυτές τις σχέσεις ώστε να επεκτείνουν την διάρκεια που το φυτό διατηρεί το φύλλωμά του ενεργό (φωτοσυνθέτει). Αυτό θα έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της περιόδου που το φυτό συνθέτει υδατάνθρακες και κατ’ επέκταση τους εναποθέτει στους κονδύλους μεγιστοποιώντας την τελική παραγωγή. Από την άλλη μεριά, ελέγχοντας το μέγεθος και την πυκνότητα των στομάτων που θα φέρουν τα φυτά στα φύλλα τους, ή/και την ικανότητα αυτά να παραμένουν κλειστά υπό συνθήκες ακραίων θερμοκρασιών και έλλειψης νερού, μπορούν να δημιουργηθούν φυτά για θερμότερα κλίματα, προσαρμοσμένα στα νέα δεδομένα της κλιματικής αλλαγής και των μειωμένων αρδεύσεων.
Χάρη στην ύπαρξη παρόμοιων συστημάτων, γονιδίων και σχέσεων μεταξύ των διαφορετικών φυτικών ειδών, τα ευρήματα αυτά είναι εφαρμόσιμα και σε άλλα καλλιεργούμενα είδη. Παρόμοιες μελέτες πραγματοποιούνται από πληθώρα ερευνητικών ομάδων ανά τον κόσμο, μιας και η κατανόηση της εξάρτησης διεργασιών, όπως αυτή του μεταβολισμού, με περιβαλλοντικά ερεθίσματα, και ο έλεγχός τους προς όφελος του ανθρώπου ανοίγει νέες ευκαιρίες για μεγιστοποίηση της παραγωγικότητας των φυτών αλλά και της καλλιέργειάς τους σε ποικίλα περιβάλλοντα και περιοχές.
