A Kaliforniai Egyetem tudósai olyan genetikai adatokat fedeztek fel, amelyek segítik az élelmiszernövényeket, például a paradicsomot és a rizst, hogy túléljék a melegedő bolygónkon a hosszabb, intenzívebb aszályos időszakokat.
Az elmúlt évtized során a kutatócsoport egy molekuláris atlasz létrehozására törekedett a növény gyökereiből, ahol a növények először észlelik a szárazság és más környezeti veszélyek hatásait. Ennek során olyan géneket fedeztek fel, amelyek segítségével a tudósok megvédhetik a növényeket ezekkel a stresszekkel szemben. Munkájuk május 20-án jelent meg a folyóiratban Sejt, a gyökérfunkciók nagyfokú megértését érte el, mert egyesítette a beltéren és kívül termesztett paradicsomgyökér különböző sejtjeinek genetikai adatait.
„Gyakran a kutatók végeznek laboratóriumi és üvegházi kísérleteket, de a gazdálkodók a szántóföldön termesztenek dolgokat, és ezek az adatok a szántóföldi mintákat is figyelembe veszik” – mondta Neelima Sinha, az UC Davis növénybiológiával foglalkozó professzora és a cikk társszerzője. Az adatok információkat szolgáltattak azokról a génekről, amelyek három kulcsfontosságú dolog létrehozására utasítják a növényt.
A Xylem üreges, csőszerű edények, amelyek vizet és tápanyagokat szállítanak a gyökerektől egészen a hajtásokig. A xilemben történő szállítás nélkül a növény nem tud saját táplálékot létrehozni fotoszintézis útján. "A xylem nagyon fontos a növények megvédésében a szárazság, valamint a só és más stressz ellen" - mondta a tanulmány vezető szerzője, Siobhan Brady, az UC Davis növénybiológiai professzora.
A xilemben lévő növényi ásványi anyagok szállítása nélkül viszont az emberek és más állatok kevesebb vitaminnal és tápanyaggal rendelkeznének, amelyek elengedhetetlenek a túlélésünkhöz. A xilém kialakításához szükséges tipikus játékosokon kívül új és meglepő géneket is találtak.
A második kulcsfontosságú gének azok, amelyek a gyökér külső rétegét lignin és suberin termelésére irányítják. A suberin a parafa kulcsanyaga, és vastag rétegben veszi körül a növényi sejteket, szárazság idején vízben tartja. Az olyan növények, mint a paradicsom és a rizs, a gyökerekben suberint tartalmaznak. Az alma gyümölcseinek külső sejtjeit suberin veszi körül. Bárhol előfordul, megakadályozza a növény vízvesztését. A lignin emellett vízhatlanná teszi a sejteket, és mechanikai támaszt nyújt.
"A suberin és a lignin a szárazság elleni védekezés természetes formái, és most, hogy azonosították azokat a géneket, amelyek kódolják őket ebben a nagyon specifikus sejtrétegben, ezek a vegyületek fokozhatók" - mondta Julia Bailey-Serres, a tanulmány társszerzője, a UC. Riverside genetika professzora. „Izgatott vagyok, hogy annyi mindent megtudtunk a nedvességzáró réteget szabályozó génekről. Nagyon fontos, hogy javítani tudjuk a növények szárazságtűrését” – mondta.
A növény gyökérmerisztémáját kódoló gének a paradicsom, a rizs és az Arabidopsis, a gyomszerű mintanövény között is rendkívül hasonlónak bizonyultak. A merisztéma minden gyökér növekvő csúcsa, és ez a forrása a gyökeret alkotó összes sejtnek.
"Ez az a régió, amely a gyökér többi részét fogja előállítani, és őssejtrésként szolgál" - mondta Bailey-Serres. „Ez határozza meg maguknak a gyökereknek a tulajdonságait, például azt, hogy mekkora legyen. Ennek ismerete segíthet jobb gyökérrendszerek kifejlesztésében.”
Brady elmagyarázta, hogy amikor a gazdálkodók érdeklődnek egy adott növény iránt, olyan növényeket választanak ki, amelyeknek vannak olyan jellemzői, mint például a nagyobb, vonzóbb gyümölcsök. Sokkal nehezebb a tenyésztők számára olyan növényeket kiválasztani, amelyek föld alatti tulajdonságait nem látják.
„A növény föld alatti „rejtett fele” kritikus fontosságú a tenyésztők számára, hogy mérlegeljék, sikeresen akarnak-e termeszteni egy növényt” – mondta Brady. „A növény gyökereinek merisztémájának módosítása segít abban, hogy kívánatosabb tulajdonságokkal rendelkező növényeket tervezzünk.”
Bár ez a tanulmány csak három növényt elemzett, a csapat úgy véli, hogy az eredmények szélesebb körben is alkalmazhatók. "A paradicsomot és a rizst több mint 125 millió évnyi evolúció választja el egymástól, de még mindig látunk hasonlóságokat a legfontosabb jellemzőket irányító gének között" - mondta Bailey-Serres. "Valószínűleg ezek a hasonlóságok más növényekre is igazak."