Kalifornian yliopiston tutkijat ovat löytäneet geneettisiä tietoja, jotka auttavat ruokakasveja, kuten tomaatteja ja riisiä, kestämään pidempiä ja voimakkaampia kuivuusjaksoja lämpenevällä planeetallamme.
Viime vuosikymmenen aikana tutkimusryhmä pyrki luomaan molekyylikartan viljelykasvien juurista, jossa kasvit havaitsevat ensimmäisenä kuivuuden ja muiden ympäristöuhkien vaikutukset. Näin tehdessään he paljastivat geenejä, joita tutkijat voivat käyttää suojellakseen kasveja näiltä rasituksilta. Heidän työnsä julkaistiin lehdessä 20. toukokuuta Solu, saavutti korkean tason ymmärryksen juurten toiminnoista, koska se yhdisti geneettiset tiedot eri tomaatin juurien soluista sekä sisällä että ulkona.
"Usein tutkijat tekevät laboratorio- ja kasvihuonekokeita, mutta viljelijät kasvattavat asioita pellolla, ja tämä data tarkastelee myös peltonäytteitä", sanoi Neelima Sinha, UC Davisin kasvibiologian professori ja paperin toinen kirjoittaja. Tiedot tuottivat tietoa geeneistä, jotka käskevät kasvin valmistamaan kolme avainasiaa.
Ksylemit ovat onttoja, putkimaisia astioita, jotka kuljettavat vettä ja ravinteita juurista versoihin asti. Ilman kuljetuksia ksyleemissä kasvi ei voi luoda omaa ravintoa fotosynteesin kautta. "Ksyleemit ovat erittäin tärkeitä kasvien tukemisessa kuivuutta sekä suolaa ja muita rasituksia vastaan", sanoi tutkimuksen johtava kirjoittaja Siobhan Brady, kasvibiologian professori UC Davisista.
Ilman kasvien kivennäisaineiden kuljetusta ksyleemissä ihmisillä ja muilla eläimillä olisi puolestaan vähemmän vitamiineja ja ravintoaineita, jotka ovat välttämättömiä selviytymisellemme. Ksyleemin muodostamiseen tarvittavien tyypillisten pelaajien lisäksi löydettiin uusia ja yllättäviä geenejä.
Toinen keskeinen joukko geenejä ovat ne, jotka ohjaavat juuren ulkokerroksen tuottamaan ligniiniä ja suberiinia. Suberiini on korkin avainaine ja se ympäröi kasvisoluja paksuna kerroksena pitäen vedessä kuivuuden aikana. Viljelykasveilla, kuten tomaateilla ja riisillä, on suberiinia juurissa. Omenahedelmillä on suberiinia, joka ympäröi niiden ulkosoluja. Missä tahansa sitä esiintyy, se estää kasvia menettämästä vettä. Ligniini myös vesitiivistää soluja ja tarjoaa mekaanista tukea.
"Suberiini ja ligniini ovat luonnollisia kuivuussuojan muotoja, ja nyt kun niitä koodaavat geenit tässä hyvin spesifisessä solukerroksessa on tunnistettu, näitä yhdisteitä voidaan parantaa", sanoi tutkimuksen toinen kirjoittaja Julia Bailey-Serres, UC. Riverside genetiikan professori. ”Olen innoissani, että olemme oppineet niin paljon tätä kosteussulkukerrosta säätelevistä geeneistä. Se on erittäin tärkeää, jotta voidaan parantaa satojen kuivuuden sietokykyä", hän sanoi.
Geenit, jotka koodaavat kasvin juuren meristemiä, osoittautuivat myös huomattavan samanlaisiksi tomaatin, riisin ja Arabidopsiksen, rikkakasvin kaltaisen mallikasvin, välillä. Meristeemi on jokaisen juuren kasvava kärki, ja se on kaikkien juuren muodostavien solujen lähde.
"Se on alue, joka valmistaa loput juuresta ja toimii sen kantasolujen markkinarakoina", sanoi Bailey-Serres. ”Se sanelee juurien ominaisuudet, kuten kuinka suuria niistä tulee. Sen tunteminen voi auttaa meitä kehittämään parempia juurijärjestelmiä."
Brady selitti, että kun viljelijät ovat kiinnostuneita tietystä sadosta, he valitsevat kasveja, joissa on ominaisuuksia, joita he voivat nähdä, kuten suurempia, houkuttelevampia hedelmiä. Kasvattajien on paljon vaikeampaa valita kasveja, joiden maan alla on ominaisuuksia, joita he eivät näe.
"Kasvin "piilotettu puolisko", maan alla, on ratkaisevan tärkeää jalostajien harkittavaksi, haluavatko he kasvattaa kasvin onnistuneesti", Brady sanoi. "Kasvin juurien meristeemin muokkaaminen auttaa meitä suunnittelemaan viljelykasveja, joilla on halutumpia ominaisuuksia."
Vaikka tässä tutkimuksessa analysoitiin vain kolme kasvia, ryhmä uskoo, että tuloksia voidaan soveltaa laajemmin. "Tomaatin ja riisin välillä on yli 125 miljoonan vuoden evoluutio, mutta silti näemme yhtäläisyyksiä keskeisiä ominaisuuksia hallitsevien geenien välillä", sanoi Bailey-Serres. "Todennäköisesti nämä yhtäläisyydet pätevät myös muihin viljelykasveihin."