Znanstvenici Sveučilišta u Kaliforniji otkrili su genetske podatke koji će pomoći usjevima za hranu poput rajčice i riže da prežive duža, intenzivnija razdoblja suše na našem planetu koji se zagrijava.
Tijekom prošlog desetljeća, istraživački tim je nastojao stvoriti molekularni atlas korijena usjeva, gdje biljke prve otkrivaju učinke suše i drugih prijetnji okolišu. Pritom su otkrili gene koje znanstvenici mogu koristiti za zaštitu biljaka od ovih stresova. Njihov rad, objavljen 20. svibnja u časopisu Ćelija, postigao je visok stupanj razumijevanja funkcija korijena jer je kombinirao genetske podatke iz različitih stanica korijena rajčice uzgojene u zatvorenom i vani.
"Istraživači često provode laboratorijske pokuse i pokuse u staklenicima, ali farmeri uzgajaju stvari u polju, a ovi se podaci također odnose na uzorke s polja", rekla je Neelima Sinha, profesorica biologije biljaka s UC Davisa i koautorica rada. Podaci su donijeli informacije o genima koji govore biljci da napravi tri ključne stvari.
Xylem su šuplje, cijevi poput posuda koje prenose vodu i hranjive tvari od korijena sve do izdanaka. Bez transporta u ksilemu, biljka ne može sama stvarati 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 Davis.
S druge strane, bez transporta biljnih minerala u ksilemu, ljudi i druge životinje imali bi manje vitamina i hranjivih tvari neophodnih za naš opstanak. Uz neke tipične igrače potrebne za formiranje ksilema, pronađeni su novi i iznenađujući geni.
Drugi ključni skup gena su oni koji usmjeravaju vanjski sloj korijena na proizvodnju lignina i suberina. Suberin je ključna tvar u plutu i obavija biljne stanice u debelom sloju, zadržavajući vodu tijekom suše. Usjevi poput rajčice i riže imaju suberin u korijenu. Plodovi jabuke imaju suberin koji okružuje vanjske stanice. Gdje god se pojavi, sprječava gubitak vode biljke. Lignin također štiti stanice od vode i pruža mehaničku potporu.
"Suberin i lignin prirodni su oblici zaštite od suše, a sada kada su identificirani geni koji ih kodiraju u ovom vrlo specifičnom sloju stanica, ti se spojevi mogu poboljšati", rekla je koautorica studije Julia Bailey-Serres, UC Riverside profesor genetike. “Uzbuđen sam što smo toliko naučili o genima koji reguliraju ovaj sloj barijere za vlagu. To je jako važno za mogućnost poboljšanja otpornosti usjeva na sušu,” rekla je.
Geni koji kodiraju za korijenski meristem biljke također su se pokazali nevjerojatno sličnima između rajčice, riže i Arabidopsisa, model biljke slične korovu. Meristem je vrh svakog korijena koji raste i izvor je svih stanica koje čine korijen.
"To je regija koja će činiti ostatak korijena i služi kao niša za matične stanice", rekao je Bailey-Serres. “To diktira svojstva samih korijena, poput toga koliko će biti veliki. Poznavanje toga može nam pomoći da razvijemo bolje korijenske sustave.”
Brady je objasnio da kada su poljoprivrednici zainteresirani za određeni usjev, oni odabiru biljke koje imaju značajke koje mogu vidjeti, kao što su veći, privlačniji plodovi. Uzgajivačima je puno teže odabrati biljke čija svojstva ispod zemlje ne mogu vidjeti.
"'Skrivena polovica' biljke, ispod zemlje, ključna je za uzgajivače da razmotre ako žele uspješno uzgojiti biljku", rekao je Brady. "Mogućnost modificiranja meristema korijena biljke pomoći će nam u stvaranju usjeva s poželjnijim svojstvima."
Iako je ova studija analizirala samo tri biljke, tim vjeruje da se rezultati mogu primijeniti šire. “Rajčicu i rižu dijeli više od 125 milijuna godina evolucije, ali još uvijek vidimo sličnosti između gena koji kontroliraju ključne karakteristike”, rekao je Bailey-Serres. "Vjerojatno je da ove sličnosti vrijede i za druge usjeve."