Kalifornijas universitātes zinātnieki ir atklājuši ģenētiskos datus, kas palīdzēs pārtikas kultūrām, piemēram, tomātiem un rīsiem, izdzīvot ilgākus un intensīvākus sausuma periodus uz mūsu sasilšanas planētas.
Pēdējās desmitgades laikā pētnieku grupa centās izveidot kultūraugu sakņu molekulāro atlantu, kurā augi vispirms atklāj sausuma un citu vides apdraudējumu ietekmi. To darot, viņi atklāja gēnus, kurus zinātnieki var izmantot, lai aizsargātu augus no šiem spriegumiem. Viņu darbs publicēts 20. maijā žurnālā Šūna, panāca augstu sakņu funkciju izpratnes pakāpi, jo tā apvienoja ģenētiskos datus no dažādām tomātu sakņu šūnām, kas audzētas gan telpās, gan ārpus tām.
"Bieži pētnieki veic laboratorijas un siltumnīcu eksperimentus, bet lauksaimnieki audzē lietas uz lauka, un šie dati aplūko arī lauka paraugus," sacīja Neelima Sinha, UC Davis augu bioloģijas profesore un darba līdzautore. Dati sniedza informāciju par gēniem, kas liek augam veikt trīs galvenās lietas.
Ksilemi ir dobi, caurulēm līdzīgi trauki, kas transportē ūdeni un barības vielas no saknēm līdz pat dzinumiem. Bez transportēšanas ksilemā augs nevar izveidot savu barību, izmantojot fotosintēzi. "Ksilēms ir ļoti svarīgs, lai aizsargātu augus pret sausumu, kā arī pret sāli un citiem spriegumiem," sacīja pētījuma vadošais autors Siobhans Breidijs, UC Davis augu bioloģijas profesors.
Savukārt bez augu minerālvielu transportēšanas ksilemā cilvēkiem un citiem dzīvniekiem būtu mazāk vitamīnu un barības vielu, kas ir būtiskas mūsu izdzīvošanai. Papildus dažiem tipiskiem spēlētājiem, kas nepieciešami, lai izveidotu ksilēmu, tika atrasti jauni un pārsteidzoši gēni.
Otrais galvenais gēnu kopums ir tie, kas novirza saknes ārējo slāni, lai ražotu lignīnu un suberīnu. Suberīns ir korķa galvenā viela, un tas ieskauj augu šūnas biezā slānī, noturoties ūdenī sausuma laikā. Tām kultūrām kā tomāti un rīsi saknēs ir suberīns. Ābolu augļiem ir suberīns, kas ieskauj to ārējās šūnas. Visur, kur tas notiek, tas neļauj augam zaudēt ūdeni. Lignīns arī hidroizolē šūnas un nodrošina mehānisku atbalstu.
"Suberīns un lignīns ir dabiskas sausuma aizsardzības formas, un tagad, kad ir identificēti gēni, kas tos kodē šajā ļoti specifiskajā šūnu slānī, šos savienojumus var uzlabot," sacīja pētījuma līdzautore Džūlija Beilija-Sērresa, UC. Riversaidas ģenētikas profesors. “Esmu sajūsmā, ka esam tik daudz uzzinājuši par gēniem, kas regulē šo mitruma barjeras slāni. Tas ir tik svarīgi, lai varētu uzlabot kultūraugu toleranci pret sausumu, ”viņa teica.
Gēni, kas kodē auga sakņu meristēmu, arī izrādījās ļoti līdzīgi starp tomātiem, rīsiem un Arabidopsis, nezālēm līdzīgu augu paraugaugu. Meristēma ir katras saknes augošais gals, un tas ir visu to šūnu avots, kas veido sakni.
"Tas ir reģions, kas veidos pārējo sakņu daļu un kalpo kā tā cilmes šūnu niša," sacīja Beilija-Sērresa. “Tas nosaka pašu sakņu īpašības, piemēram, cik lielas tās iegūst. Zināšanas par to var palīdzēt mums attīstīt labākas sakņu sistēmas.
Breidijs paskaidroja, ka, kad lauksaimnieki interesējas par noteiktu kultūru, viņi izvēlas augus, kuriem ir redzamas pazīmes, piemēram, lielāki, pievilcīgāki augļi. Selekcionāriem ir daudz grūtāk atlasīt augus ar zem zemes īpašībām, kuras viņi neredz.
“Auga “slēptā puse”, kas atrodas zem zemes, ir ļoti svarīga, lai selekcionāri apsvērtu, vai viņi vēlas veiksmīgi audzēt augu,” sacīja Breidijs. "Spēja modificēt auga sakņu meristēmu palīdzēs mums izstrādāt kultūras ar vēlamākām īpašībām."
Lai gan šajā pētījumā tika analizēti tikai trīs augi, komanda uzskata, ka atklājumus var izmantot plašāk. "Tomātus un rīsus atdala vairāk nekā 125 miljonus gadu ilga evolūcija, tomēr mēs joprojām redzam līdzības starp gēniem, kas kontrolē galvenās īpašības," sacīja Beilija-Sērresa. "Iespējams, ka šīs līdzības attiecas arī uz citām kultūrām."