Vědci z Kalifornské univerzity objevili genetická data, která pomohou potravinářským plodinám, jako jsou rajčata a rýže, přežít delší a intenzivnější období sucha na naší oteplující se planetě.
V průběhu poslední dekády se výzkumný tým snažil vytvořit molekulární atlas kořenů plodin, kde rostliny jako první zjistí účinky sucha a dalších ekologických hrozeb. Odhalili tak geny, které vědci mohou použít k ochraně rostlin před těmito stresy. Jejich práce, publikovaná 20. května v časopise Buňka, dosáhl vysokého stupně porozumění funkcím kořenů, protože kombinoval genetická data z různých buněk kořenů rajčat pěstovaných uvnitř i venku.
"Výzkumníci často provádějí laboratorní a skleníkové experimenty, ale farmáři pěstují věci na poli a tato data se také zabývají polními vzorky," řekla Neelima Sinha, profesorka rostlinné biologie na UC Davis a spoluautorka článku. Data přinesla informace o genech, které rostlině říkají, aby vytvořila tři klíčové věci.
Xylém jsou duté, trubkovité nádoby, které transportují vodu a živiny od kořenů až k výhonkům. Bez transportu v xylému si rostlina nemůže vytvářet vlastní potravu prostřednictvím fotosyntézy. "Xylém je velmi důležitý pro ochranu rostlin před suchem, solí a dalšími stresy," řekla vedoucí studie Siobhan Bradyová, profesorka rostlinné biologie na UC Davis.
Na druhé straně, bez transportu rostlinných minerálů v xylemu by lidé a další zvířata měli méně vitamínů a živin nezbytných pro naše přežití. Kromě některých typických hráčů potřebných k vytvoření xylému byly nalezeny nové a překvapivé geny.
Druhou klíčovou sadou genů jsou ty, které řídí vnější vrstvu kořene k produkci ligninu a suberinu. Suberin je klíčovou látkou v korku a obklopuje rostlinné buňky v silné vrstvě a během sucha zadržuje vodu. Plodiny jako rajčata a rýže mají v kořenech suberin. Plody jablek mají obklopující vnější buňky suberin. Kdekoli se vyskytuje, zabraňuje rostlině ve ztrátě vody. Lignin také hydroizoluje buňky a poskytuje mechanickou podporu.
„Suberin a lignin jsou přirozené formy ochrany před suchem a nyní, když byly identifikovány geny, které je kódují v této velmi specifické vrstvě buněk, lze tyto sloučeniny vylepšit,“ řekla spoluautorka studie Julia Bailey-Serres z UC. Riverside profesor genetiky. „Jsem nadšený, že jsme se toho tolik naučili o genech regulujících tuto vrstvu bariéry proti vlhkosti. Je to tak důležité, abychom byli schopni zlepšit toleranci plodin vůči suchu,“ řekla.
Geny, které kódují kořenový meristém rostliny, se také ukázaly jako pozoruhodně podobné mezi rajčaty, rýží a Arabidopsis, modelovou rostlinou podobnou plevelu. Meristém je rostoucí špičkou každého kořene a je zdrojem všech buněk, které tvoří kořen.
"Je to oblast, která vytvoří zbytek kořene a slouží jako její výklenek pro kmenové buňky," řekl Bailey-Serres. „Říká vlastnosti samotných kořenů, například jak jsou velké. Jeho znalost nám může pomoci vyvinout lepší kořenové systémy.“
Brady vysvětlil, že když se zemědělci zajímají o určitou plodinu, vybírají rostliny, které mají vlastnosti, které vidí, jako jsou větší a atraktivnější plody. Mnohem obtížnější je pro chovatele vybrat rostliny s vlastnostmi pod zemí, které nevidí.
"Skrytá polovina" rostliny pod zemí je pro chovatele zásadní, aby zvážili, zda chtějí rostlinu úspěšně pěstovat," řekl Brady. "Schopnost upravit meristém kořenů rostliny nám pomůže připravit plodiny s více žádoucími vlastnostmi."
Přestože tato studie analyzovala pouze tři rostliny, tým věří, že zjištění lze aplikovat šířeji. „Rajčata a rýže odděluje více než 125 milionů let evoluce, přesto stále vidíme podobnosti mezi geny, které řídí klíčové vlastnosti,“ řekl Bailey-Serres. "Je pravděpodobné, že tyto podobnosti platí i pro jiné plodiny."