Oamenii de știință de la Universitatea din California au descoperit date genetice care vor ajuta culturile alimentare precum roșiile și orezul să supraviețuiască perioadelor mai lungi și mai intense de secetă pe planeta noastră care se încălzește.
Pe parcursul ultimului deceniu, echipa de cercetare a încercat să creeze un atlas molecular al rădăcinilor culturilor, în care plantele detectează mai întâi efectele secetei și ale altor amenințări ale mediului. Procedând astfel, au descoperit gene pe care oamenii de știință le pot folosi pentru a proteja plantele de aceste stresuri. Lucrarea lor, publicată pe 20 mai în jurnal Celulă, a atins un grad ridicat de înțelegere a funcțiilor rădăcinii, deoarece a combinat date genetice de la diferite celule de rădăcini de tomate cultivate atât în interior, cât și în exterior.
„Frecvent, cercetătorii fac experimente de laborator și de seră, dar fermierii cultivă lucruri pe câmp, iar aceste date se uită și la mostrele de pe teren”, a spus Neelima Sinha, profesor de biologie a plantelor la UC Davis și co-autor al lucrării. Datele au oferit informații despre genele care îi spun plantei să facă trei lucruri cheie.
Xilemul sunt vase goale, asemănătoare unei țevi, care transportă apa și substanțele nutritive de la rădăcini până la lăstari. Fără transport în xilem, planta nu își poate crea propria hrană prin fotosinteză. „Xilemul este foarte important pentru a sprijini plantele împotriva secetei, precum și a sării și a altor stresuri”, a spus autorul principal al studiului, Siobhan Brady, profesor de biologie a plantelor la UC Davis.
La rândul lor, fără transportul de minerale vegetale în xilem, oamenii și alte animale ar avea mai puține vitamine și nutrienți esențiali pentru supraviețuirea noastră. Pe lângă câțiva jucători tipici necesari pentru a forma xilemul, au fost găsite gene noi și surprinzătoare.
Al doilea set cheie de gene sunt cele care direcționează un strat exterior al rădăcinii pentru a produce lignină și suberina. Suberina este substanța cheie din plută și înconjoară celulele plantelor într-un strat gros, ținându-se în apă în timpul secetei. Culturile precum roșiile și orezul au suberina în rădăcini. Fructele de măr au suberina care înconjoară celulele lor exterioare. Oriunde apare, împiedică planta să piardă apă. Lignina impermeabilizează celulele și oferă suport mecanic.
„Suberina și lignina sunt forme naturale de protecție împotriva secetei, iar acum, după ce au fost identificate genele care le codifică în acest strat foarte specific de celule, acești compuși pot fi îmbunătățiți”, a spus coautorul studiului, Julia Bailey-Serres, UC. profesor de genetică Riverside. „Sunt încântat că am învățat atât de multe despre genele care reglează acest strat de barieră la umiditate. Este atât de important pentru a putea îmbunătăți toleranța la secetă pentru culturi”, a spus ea.
Genele care codifică pentru meristemul rădăcinii unei plante s-au dovedit a fi, de asemenea, remarcabil de similare între roșii, orez și Arabidopsis, o plantă model asemănătoare buruienilor. Meristemul este vârful în creștere al fiecărei rădăcini și este sursa tuturor celulelor care alcătuiesc rădăcina.
„Este regiunea care va produce restul rădăcinii și servește drept nișă de celule stem”, a spus Bailey-Serres. „Dictează proprietățile rădăcinilor înseși, cum ar fi cât de mari devin. Cunoașterea acestuia ne poate ajuta să dezvoltăm sisteme radiculare mai bune.”
Brady a explicat că atunci când fermierii sunt interesați de o anumită cultură, ei selectează plante care au caracteristici pe care le pot vedea, cum ar fi fructe mai mari și mai atractive. Mult mai dificil este pentru crescători să aleagă plante cu proprietăți sub pământ pe care nu le pot vedea.
„Jumătatea ascunsă” a unei plante, sub pământ, este esențială pentru ca crescătorii să ia în considerare dacă doresc să crească o plantă cu succes”, a spus Brady. „Potând modifica meristemul rădăcinilor unei plante ne va ajuta să construim culturi cu proprietăți mai dorite.”
Deși acest studiu a analizat doar trei plante, echipa consideră că rezultatele pot fi aplicate mai larg. „Roșia și orezul sunt separate de mai mult de 125 de milioane de ani de evoluție, dar încă vedem asemănări între genele care controlează caracteristicile cheie”, a spus Bailey-Serres. „Este probabil că aceste asemănări sunt valabile și pentru alte culturi.”