Wetenskaplikes van die Universiteit van Kalifornië het genetiese data ontdek wat voedselgewasse soos tamaties en rys sal help om langer, meer intense droogteperiodes op ons warmwordende planeet te oorleef.
In die loop van die afgelope dekade het die navorsingspan probeer om 'n molekulêre atlas van gewaswortels te skep, waar plante eers die uitwerking van droogte en ander omgewingsbedreigings opspoor. Sodoende het hulle gene ontbloot wat wetenskaplikes kan gebruik om die plante teen hierdie spanning te beskerm. Hul werk, gepubliseer 20 Mei in die joernaal Cell, het 'n hoë mate van begrip van die wortelfunksies behaal omdat dit genetiese data gekombineer het van verskillende selle van tamatiewortels wat beide binne en buite gekweek is.
"Dikwels doen navorsers laboratorium- en kweekhuiseksperimente, maar boere kweek dinge in die veld, en hierdie data kyk ook na veldmonsters," het Neelima Sinha, 'n UC Davis-professor in plantbiologie en die artikel se mede-outeur gesê. Die data het inligting opgelewer oor gene wat die plant vertel om drie sleutel dinge te maak.
Xileem is hol, pypagtige vate wat water en voedingstowwe vanaf die wortels tot by die lote vervoer. Sonder vervoer in xileem kan die plant nie sy eie voedsel deur fotosintese skep nie. "Xileem is baie belangrik om plante teen droogte sowel as sout en ander stremmings te beskerm," het hoofstudieskrywer Siobhan Brady, 'n professor in plantbiologie aan UC Davis, gesê.
Op sy beurt, sonder plantmineraalvervoer in xileem, sou mense en ander diere minder vitamiene en voedingstowwe hê wat noodsaaklik is vir ons oorlewing. Benewens 'n paar tipiese spelers wat nodig is om die xileem te vorm, is nuwe en verrassende gene gevind.
Die tweede sleutel stel gene is dié wat 'n buitenste laag van die wortel lei om lignien en suberien te produseer. Suberin is die sleutelstof in kurk en dit omring plantselle in 'n dik laag en hou water in tydens droogte. Gewasse soos tamaties en rys het suberin in die wortels. Appelvrugte het suberin wat hul buitenste selle omring. Enige plek waar dit voorkom, verhoed dit dat die plant water verloor. Lignien maak ook selle waterdig en bied meganiese ondersteuning.
"Suberien en lignien is natuurlike vorme van droogtebeskerming, en noudat die gene wat vir hulle in hierdie baie spesifieke laag selle kodeer, geïdentifiseer is, kan hierdie verbindings verbeter word," sê mede-outeur van die studie, Julia Bailey-Serres, 'n UC Riverside professor in genetika. “Ek is opgewonde dat ons soveel geleer het oor die gene wat hierdie vogversperringslaag reguleer. Dit is so belangrik om droogtetoleransie vir gewasse te kan verbeter,” het sy gesê.
Gene wat vir 'n plant se wortelmeristeem kodeer, blyk ook merkwaardig soortgelyk te wees tussen tamatie, rys en Arabidopsis, 'n onkruidagtige modelplant. Die meristeem is die groeiende punt van elke wortel, en dit is die bron van al die selle waaruit die wortel bestaan.
"Dit is die streek wat die res van die wortel gaan maak, en dien as sy stamselnis," het Bailey-Serres gesê. “Dit dikteer die eienskappe van die wortels self, soos hoe groot hulle word. Om kennis daarvan te hê, kan ons help om beter wortelstelsels te ontwikkel.”
Brady het verduidelik dat wanneer boere in 'n spesifieke gewas belangstel, hulle plante kies wat kenmerke het wat hulle kan sien, soos groter, aantrekliker vrugte. Dit is baie moeiliker vir telers om plante te kies met eienskappe onder die grond wat hulle nie kan sien nie.
"Die 'versteekte helfte' van 'n plant, onder die grond, is van kritieke belang vir telers om te oorweeg of hulle 'n plant suksesvol wil kweek," het Brady gesê. "Om die meristeem van 'n plant se wortels te kan verander, sal ons help om gewasse met meer wenslike eienskappe te ontwerp."
Alhoewel hierdie studie slegs drie plante ontleed het, glo die span dat die bevindinge wyer toegepas kan word. "Tamatie en rys word geskei deur meer as 125 miljoen jaar van evolusie, maar ons sien steeds ooreenkomste tussen die gene wat sleutelkenmerke beheer," het Bailey-Serres gesê. "Dit is waarskynlik dat hierdie ooreenkomste ook geld vir ander gewasse."