Vedci z Kalifornskej univerzity objavili genetické údaje, ktoré pomôžu potravinárskym plodinám, ako sú paradajky a ryža, prežiť dlhšie a intenzívnejšie obdobia sucha na našej otepľujúcej sa planéte.
V priebehu posledného desaťročia sa výskumný tím snažil vytvoriť molekulárny atlas koreňov plodín, kde rastliny najskôr zistia účinky sucha a iných environmentálnych hrozieb. Odhalili tak gény, ktoré môžu vedci použiť na ochranu rastlín pred týmito stresmi. Ich práca bola uverejnená 20. mája v časopise Bunka, dosiahol vysoký stupeň pochopenia koreňových funkcií, pretože kombinoval genetické údaje z rôznych buniek koreňov rajčiakov pestovaných vo vnútri aj vonku.
"Výskumníci často robia laboratórne a skleníkové experimenty, ale farmári pestujú veci na poli a tieto údaje sa zaoberajú aj vzorkami z polí," povedala Neelima Sinha, profesorka biológie rastlín na UC Davis a spoluautorka článku. Údaje priniesli informácie o génoch, ktoré rastline hovoria, aby vytvorila tri kľúčové veci.
Xylém sú duté, rúrkovité nádoby, ktoré transportujú vodu a živiny z koreňov až po výhonky. Bez transportu v xyléme si rastlina nemôže vytvárať vlastnú potravu prostredníctvom fotosyntézy. "Xylém je veľmi dôležitý na ochranu rastlín pred suchom, ako aj soľou a iným stresom," povedala vedúca autorka štúdie Siobhan Bradyová, profesorka biológie rastlín na UC Davis.
Na druhej strane, bez transportu rastlinných minerálov v xyléme by ľudia a iné zvieratá mali menej vitamínov a živín nevyhnutných pre naše prežitie. Okrem niektorých typických hráčov potrebných na vytvorenie xylému sa našli aj nové a prekvapivé gény.
Druhou kľúčovou sadou génov sú tie, ktoré riadia vonkajšiu vrstvu koreňa na produkciu lignínu a suberínu. Suberín je kľúčovou látkou v korku a obklopuje rastlinné bunky v hrubej vrstve a počas sucha zadržiava vodu. Plodiny ako paradajky a ryža majú suberín v koreňoch. Plody jabĺk majú okolo vonkajších buniek suberín. Všade tam, kde sa vyskytne, bráni rastline strácať vodu. Lignín tiež hydroizoluje bunky a poskytuje mechanickú podporu.
"Suberín a lignín sú prirodzené formy ochrany pred suchom a teraz, keď boli identifikované gény, ktoré ich kódujú v tejto veľmi špecifickej vrstve buniek, môžu byť tieto zlúčeniny vylepšené," povedala spoluautorka štúdie Julia Bailey-Serres, UC. Riverside profesor genetiky. „Som nadšený, že sme sa toľko naučili o génoch regulujúcich túto vrstvu bariéry proti vlhkosti. Je to také dôležité, aby sme mohli zlepšiť toleranciu plodín voči suchu,“ povedala.
Gény, ktoré kódujú koreňový meristém rastliny, sa tiež ukázali ako pozoruhodne podobné medzi paradajkami, ryžou a Arabidopsis, modelovou rastlinou podobnou burine. Meristém je rastúca špička každého koreňa a je zdrojom všetkých buniek, ktoré tvoria koreň.
"Je to oblasť, ktorá vytvorí zvyšok koreňa a slúži ako miesto pre kmeňové bunky," povedal Bailey-Serres. „Určuje vlastnosti samotných koreňov, napríklad to, aké veľké budú. Znalosť toho nám môže pomôcť vyvinúť lepšie koreňové systémy."
Brady vysvetlil, že keď sa farmári zaujímajú o konkrétnu plodinu, vyberajú rastliny, ktoré majú vlastnosti, ktoré vidia, ako napríklad väčšie a atraktívnejšie plody. Oveľa ťažšie je pre chovateľov vybrať rastliny s vlastnosťami pod zemou, ktoré nevidia.
"Skrytá polovica" rastliny pod zemou je pre šľachtiteľov rozhodujúca, aby zvážili, či chcú úspešne pestovať rastlinu," povedal Brady. "Schopnosť upraviť meristém koreňov rastliny nám pomôže pripraviť plodiny s viac žiadúcimi vlastnosťami."
Hoci táto štúdia analyzovala iba tri rastliny, tím verí, že zistenia sa dajú aplikovať širšie. „Paradajku a ryžu oddeľuje viac ako 125 miliónov rokov evolúcie, no stále vidíme podobnosti medzi génmi, ktoré riadia kľúčové vlastnosti,“ povedal Bailey-Serres. "Je pravdepodobné, že tieto podobnosti platia aj pre iné plodiny."