Vísindamenn við háskólann í Kaliforníu hafa uppgötvað erfðafræðilegar upplýsingar sem munu hjálpa matarjurtum eins og tómötum og hrísgrjónum að lifa af lengur og ákafari þurrkatímabil á hlýnandi plánetunni okkar.
Á síðasta áratug leitaðist rannsóknarhópurinn við að búa til sameindaatlas yfir ræktunarrætur, þar sem plöntur skynja fyrst áhrif þurrka og annarra umhverfisógna. Með því afhjúpuðu þeir gen sem vísindamenn geta notað til að vernda plönturnar fyrir þessu álagi. Verk þeirra, birt 20. maí í tímaritinu Cell, náði miklum skilningi á rótarvirkninni vegna þess að það sameinaði erfðafræðilegar upplýsingar frá mismunandi frumum tómatróta sem ræktaðar voru bæði innandyra og utan.
„Oft gera vísindamenn tilraunir á rannsóknarstofum og gróðurhúsum, en bændur rækta hluti á akrinum og þessi gögn líta líka á sýnishorn á vettvangi,“ sagði Neelima Sinha, UC Davis prófessor í plöntulíffræði og meðhöfundur blaðsins. Gögnin gáfu upplýsingar um gen sem segja plöntunni að búa til þrjú lykilatriði.
Xylem eru hol, pípulík ílát sem flytja vatn og næringu frá rótum alla leið upp að sprotum. Án flutnings í xýlem getur plöntan ekki búið til sína eigin fæðu með ljóstillífun. "Xylem er mjög mikilvægt til að styrkja plöntur gegn þurrkum sem og salti og öðru álagi," sagði aðalrannsóknarhöfundur Siobhan Brady, prófessor í plöntulíffræði við UC Davis.
Aftur á móti, án flutnings á steinefnum plantna í xýlem, myndu menn og önnur dýr hafa færri vítamín og næringarefni sem eru nauðsynleg til að lifa af. Auk nokkurra dæmigerðra spilara sem þarf til að mynda xýlemið fundust ný og óvænt gen.
Annað lykilsett gena eru þau sem beina ytra lagi rótarinnar til að framleiða lignín og suberin. Suberin er lykilefnið í korki og umlykur plöntufrumur í þykku lagi og heldur vatni í þurrka. Uppskera eins og tómatar og hrísgrjón hafa suberin í rótum. Epli ávextir hafa suberin umhverfis ytri frumur þeirra. Hvar sem það gerist kemur það í veg fyrir að plantan tapi vatni. Lignín vatnsheldur einnig frumur og veitir vélrænan stuðning.
„Súberín og lignín eru náttúruleg form þurrkaverndar og nú þegar genin sem kóða fyrir þau í þessu mjög sérstaka frumulagi hafa verið auðkennd, er hægt að bæta þessi efnasambönd,“ sagði meðhöfundur rannsóknarinnar, Julia Bailey-Serres, UC. Riverside prófessor í erfðafræði. „Ég er spenntur að við höfum lært svo mikið um genin sem stjórna þessu rakahindrunarlagi. Það er svo mikilvægt til að geta bætt þurrkaþol fyrir ræktun,“ sagði hún.
Gen sem kóða fyrir rót plöntunnar reyndust líka vera ótrúlega lík tómötum, hrísgrjónum og Arabidopsis, illgresislíkri fyrirmyndarplöntu. Meristem er vaxandi þjórfé hverrar rótar, og það er uppspretta allra frumna sem mynda rótina.
„Það er svæðið sem á eftir að búa til afganginn af rótinni og þjónar sem stofnfrumusvæði þess,“ sagði Bailey-Serres. „Það ræður eiginleikum rótanna sjálfra, eins og hversu stórar þær verða. Að hafa þekkingu á því getur hjálpað okkur að þróa betri rótarkerfi.“
Brady útskýrði að þegar bændur hafa áhuga á tiltekinni ræktun velja þeir plöntur sem hafa eiginleika sem þeir geta séð, eins og stærri og aðlaðandi ávexti. Miklu erfiðara er fyrir ræktendur að velja plöntur með eiginleika neðanjarðar sem þeir sjá ekki.
„Hinn „fali helmingur“ plöntu, neðanjarðar, er mikilvægur fyrir ræktendur að íhuga hvort þeir vilji rækta plöntu með góðum árangri,“ sagði Brady. „Að geta breytt meristem rótum plöntunnar mun hjálpa okkur að þróa ræktun með eftirsóknarverðari eiginleika.
Þrátt fyrir að þessi rannsókn hafi aðeins greint þrjár plöntur, telur teymið að hægt sé að beita niðurstöðunum víðar. „Tómatar og hrísgrjón eru aðskilin með meira en 125 milljón ára þróun, en samt sjáum við enn líkindi á milli gena sem stjórna lykileinkennum,“ sagði Bailey-Serres. „Það er líklegt að þessi líkindi eigi við um aðra ræktun líka.