Naučnici sa Univerziteta u Kaliforniji otkrili su genetske podatke koji će pomoći usevima za ishranu poput paradajza i pirinča da prežive duže, intenzivnije periode suše na našoj planeti koja se zagrijava.
Tokom posljednje decenije, istraživački tim je nastojao stvoriti molekularni atlas korijena usjeva, gdje biljke prvo otkrivaju efekte suše i drugih prijetnji okolišu. Čineći to, otkrili su gene koje naučnici mogu koristiti da zaštite biljke od ovih stresova. Njihov rad, objavljen 20. maja u časopisu ćelija, postigao je visok stepen razumijevanja funkcija korijena jer je kombinovao genetske podatke iz različitih ćelija korijena paradajza uzgojenih u zatvorenom i van nje.
“Istraživači često rade laboratorijske i stakleničke eksperimente, ali farmeri uzgajaju stvari na terenu, a ovi podaci također se odnose na poljske uzorke,” rekla je Neelima Sinha, profesorica biologije biljaka UC Davis i koautorica rada. Podaci su dali informacije o genima koji govore biljci da napravi tri ključne stvari.
Ksilem su šuplje posude nalik cijevima koje prenose vodu i hranjive tvari od korijena sve do izdanaka. Bez transporta u ksilemu, biljka ne može stvoriti vlastitu hranu fotosintezom. "Ksilem je vrlo važan za zaštitu biljaka od suše, soli i drugih stresova", rekla je glavna autorica studije Siobhan Brady, profesorica biljne biologije na UC Davisu.
Zauzvrat, bez transporta biljnih minerala u ksilemu, ljudi i druge životinje bi imale manje vitamina i nutrijenata neophodnih za naš opstanak. Pored nekih tipičnih igrača potrebnih za formiranje ksilema, pronađeni su novi i iznenađujući geni.
Drugi ključni skup gena su oni koji usmjeravaju vanjski sloj korijena da proizvodi lignin i suberin. Suberin je ključna supstanca u pluti i okružuje biljne ćelije u debelom sloju, zadržavajući se u vodi tokom suše. Usjevi poput paradajza i pirinča imaju suberin u korijenu. Plodovi jabuke imaju suberin koji okružuje svoje vanjske ćelije. Gde god da se pojavi, sprečava biljku da izgubi vodu. Lignin također vodootporuje ćelije i pruža mehaničku potporu.
"Suberin i lignin su prirodni oblici zaštite od suše, a sada kada su identifikovani geni koji ih kodiraju u ovom vrlo specifičnom sloju ćelija, ova jedinjenja se mogu poboljšati", rekla je koautorica studije Julia Bailey-Serres, UC. Riverside profesor genetike. „Uzbuđen sam što smo naučili toliko o genima koji regulišu ovaj sloj barijere za vlagu. To je toliko važno za poboljšanje otpornosti usjeva na sušu”, rekla je.
Ispostavilo se da su geni koji kodiraju meristem korijena biljke izuzetno slični između paradajza, pirinča i Arabidopsis, modelne biljke nalik korovu. Meristem je rastući vrh svakog korijena i izvor je svih ćelija koje čine korijen.
„To je regija koja će napraviti ostatak korijena i služi kao niša za matične ćelije,“ rekao je Bailey-Serres. “To diktira svojstva samih korijena, poput toga koliko će biti veliki. Poznavanje toga može nam pomoći da razvijemo bolje korijenske sisteme.”
Brady je objasnio da kada su farmeri zainteresovani za određeni usev, oni biraju biljke koje imaju karakteristike koje mogu da vide, kao što su veći, atraktivniji plodovi. Uzgajivačima je mnogo teže odabrati biljke sa svojstvima ispod zemlje koja ne mogu vidjeti.
„'Skrivena polovina' biljke, ispod zemlje, ključna je da uzgajivači razmotre da li žele da uspešno uzgajaju biljku," rekao je Brejdi. “Mogućnost da modificiramo meristem korijena biljke pomoći će nam da proizvedemo usjeve sa poželjnijim svojstvima.”
Iako je ova studija analizirala samo tri biljke, tim vjeruje da se nalazi mogu primijeniti šire. "Paradižnik i pirinač su razdvojeni više od 125 miliona godina evolucije, ali još uvijek vidimo sličnosti između gena koji kontroliraju ključne karakteristike", rekao je Bailey-Serres. “Vjerovatno je da ove sličnosti vrijede i za druge usjeve.”