Kalifornijos universiteto mokslininkai atrado genetinius duomenis, kurie padės maistiniams augalams, tokiems kaip pomidorai ir ryžiai, išgyventi ilgesnius ir intensyvesnius sausros laikotarpius mūsų šylančioje planetoje.
Per pastarąjį dešimtmetį tyrėjų komanda siekė sukurti pasėlių šaknų molekulinį atlasą, kuriame augalai pirmą kartą aptiktų sausros ir kitų grėsmių aplinkai padarinius. Tai darydami jie atskleidė genus, kuriuos mokslininkai gali naudoti, kad apsaugotų augalus nuo šių stresų. Jų darbas paskelbtas žurnale gegužės 20 d Ląstelė, pasiekė aukšto lygio supratimo apie šaknų funkcijas, nes sujungė genetinius duomenis iš skirtingų pomidorų šaknų ląstelių, auginamų tiek patalpose, tiek lauke.
„Dažnai mokslininkai atlieka laboratorinius ir šiltnamio efektą sukeliančius eksperimentus, tačiau ūkininkai augina lauke, o šie duomenys taip pat atsižvelgia į lauko mėginius“, – sakė Neelima Sinha, UC Davis augalų biologijos profesorė ir straipsnio bendraautorė. Duomenys davė informacijos apie genus, kurie liepia augalui padaryti tris pagrindinius dalykus.
Ksilemas yra tuščiaviduriai vamzdį primenantys indai, pernešantys vandenį ir maistines medžiagas nuo šaknų iki pat ūglių. Be transportavimo ksileme, augalas negali pats susikurti maisto per fotosintezę. „Ksilemas yra labai svarbus norint apsaugoti augalus nuo sausros, druskos ir kitų stresų“, – sakė tyrimo vadovas Siobhanas Brady, UC Davis augalų biologijos profesorius.
Savo ruožtu, be augalų mineralų transportavimo ksileme, žmonės ir kiti gyvūnai turėtų mažiau vitaminų ir maistinių medžiagų, būtinų mūsų išlikimui. Be kai kurių tipiškų žaidėjų, reikalingų ksilemui suformuoti, buvo rasti nauji ir stebinantys genai.
Antrasis pagrindinis genų rinkinys yra tie, kurie nukreipia išorinį šaknies sluoksnį į lignino ir suberino gamybą. Suberinas yra pagrindinė kamštienos medžiaga, kuri supa augalų ląsteles storu sluoksniu ir laikosi vandenyje per sausrą. Tokių augalų kaip pomidorai ir ryžiai šaknyse turi suberiną. Obuolių vaisiai turi suberiną aplink jų išorines ląsteles. Visur, kur jis atsiranda, jis neleidžia augalui prarasti vandens. Ligninas taip pat apsaugo ląsteles ir suteikia mechaninę atramą.
„Suberinas ir ligninas yra natūralios apsaugos nuo sausrų formos, o dabar, kai buvo nustatyti genai, kurie juos koduoja šiame labai specifiniame ląstelių sluoksnyje, šie junginiai gali būti sustiprinti“, - sakė tyrimo bendraautorė Julia Bailey-Serres, UC. Riverside genetikos profesorius. „Džiaugiuosi, kad sužinojome tiek daug apie genus, reguliuojančius šį drėgmės barjero sluoksnį. Tai labai svarbu norint pagerinti pasėlių toleranciją sausrai“, – sakė ji.
Taip pat pasirodė, kad genai, koduojantys augalo šaknų meristemą, yra nepaprastai panašūs tarp pomidorų, ryžių ir Arabidopsis, į piktžoles panašaus pavyzdinio augalo. Meristema yra augantis kiekvienos šaknies viršūnėlis ir visų šaknį sudarančių ląstelių šaltinis.
„Tai regionas, kuriame bus likusi šaknų dalis, ir jis bus jo kamieninių ląstelių niša“, - sakė Bailey-Serres. „Jis diktuoja pačių šaknų savybes, pavyzdžiui, kokio dydžio jos išauga. Žinios apie tai gali padėti mums sukurti geresnes šaknų sistemas.
Brady paaiškino, kad kai ūkininkai domisi tam tikra kultūra, jie pasirenka augalus, turinčius matomų savybių, pavyzdžiui, didesnius, patrauklesnius vaisius. Selekcininkams daug sunkiau atrinkti augalus, kurių po žeme esančios savybės nemato.
"Paslėpta augalo pusė, esanti po žeme, yra labai svarbi selekcininkams, kad jie galėtų apsvarstyti, ar jie nori sėkmingai auginti augalą", - sakė Brady. „Gebėjimas modifikuoti augalo šaknų meristemą padės mums sukurti javus, turinčius daugiau pageidaujamų savybių.
Nors šiame tyrime buvo analizuojami tik trys augalai, komanda mano, kad išvados gali būti taikomos plačiau. "Pomidorus ir ryžius skiria daugiau nei 125 milijonai metų evoliucijos, tačiau vis dar matome panašumų tarp genų, kurie kontroliuoja pagrindines savybes", - sakė Bailey-Serres. „Tikėtina, kad šie panašumai galioja ir kitoms kultūroms.