California ülikooli teadlased on avastanud geneetilised andmed, mis aitavad toidukultuuridel, nagu tomatid ja riis, meie soojeneval planeedil pikemaid ja intensiivsemaid põuaperioode üle elada.
Viimase kümnendi jooksul püüdis uurimisrühm luua põllukultuuride juurte molekulaarset atlast, kus taimed tuvastavad esmalt põua ja muude keskkonnaohtude mõju. Seda tehes avastasid nad geenid, mida teadlased saavad kasutada taimede kaitsmiseks nende stresside eest. Nende töö avaldati 20. mail ajakirjas Rakk, saavutas juurte funktsioonide kõrge mõistmise, kuna see ühendas nii sise- kui ka väljas kasvatatud tomatijuurte erinevate rakkude geneetilised andmed.
"Sageli teevad teadlased labori- ja kasvuhoonekatseid, kuid põllumehed kasvatavad asju põllul ja need andmed hõlmavad ka põlluproove," ütles Neelima Sinha, UC Davise taimebioloogia professor ja artikli kaasautor. Andmed andsid teavet geenide kohta, mis käsivad taimel teha kolm peamist asja.
Ksüleemid on õõnsad torutaolised anumad, mis transpordivad vett ja toitaineid juurtest kuni võrseteni. Ilma ksüleemi transpordita ei saa taim fotosünteesi teel ise toitu luua. "Ksüleemid on väga olulised taimede kaitsmiseks põua, soola ja muude stresside eest," ütles uuringu juhtiv autor Siobhan Brady, UC Davise taimebioloogia professor.
Ilma taimsete mineraalide transpordita ksüleemis oleks inimestel ja teistel loomadel vähem meie ellujäämiseks vajalikke vitamiine ja toitaineid. Lisaks mõnele ksüleemi moodustamiseks vajalikele tüüpilistele mängijatele leiti uusi ja üllatavaid geene.
Teine oluline geenide komplekt on need, mis suunavad juure väliskihi ligniini ja suberiini tootmiseks. Suberiin on korgi põhiaine ja see ümbritseb taimerakke paksu kihina, hoides põua ajal vees. Põllukultuuride, nagu tomatite ja riisi, juurtes on suberiin. Õunaviljade välimisi rakke ümbritseb suberiin. Kõikjal, kus see juhtub, takistab see taimel vett kaotamast. Ligniin muudab rakud veekindlaks ja pakub mehaanilist tuge.
"Suberiin ja ligniin on põuakaitse loomulikud vormid ja nüüd, kui on tuvastatud geenid, mis neid selles väga spetsiifilises rakukihis kodeerivad, saab neid ühendeid täiustada," ütles uuringu kaasautor Julia Bailey-Serres, UC. Riverside geneetikaprofessor. „Olen põnevil, et oleme seda niiskustõkkekihti reguleerivate geenide kohta nii palju teada saanud. See on nii oluline, et saaksime parandada põllukultuuride põuataluvust, ”ütles ta.
Taime juure meristeemi kodeerivad geenid osutusid samuti märkimisväärselt sarnaseks tomati, riisi ja umbrohulaadse mudeltaime Arabidopsise vahel. Meristeem on iga juure kasvav ots ja see on kõigi juure moodustavate rakkude allikas.
"See on piirkond, mis moodustab ülejäänud juure ja on selle tüvirakkude nišš," ütles Bailey-Serres. "See määrab juurte endi omadused, näiteks selle, kui suureks nad saavad. Selle teadmine võib aidata meil arendada paremaid juursüsteeme.
Brady selgitas, et kui põllumehed on konkreetsest põllukultuurist huvitatud, valivad nad taimed, millel on nähtavad omadused, näiteks suuremad ja atraktiivsemad viljad. Palju keerulisem on aretajatel valida taimi, mille maa all olevaid omadusi nad ei näe.
"Maa all asuv taime "peidetud pool" on aretajate jaoks kriitilise tähtsusega, kui nad tahavad taime edukalt kasvatada, " ütles Brady. "Võimalus muuta taime juurte meristeemi aitab meil kujundada ihaldusväärsemate omadustega põllukultuure."
Kuigi selles uuringus analüüsiti ainult kolme taime, usub meeskond, et tulemusi saab laiemalt rakendada. "Tomatit ja riisi lahutab enam kui 125 miljonit aastat evolutsiooni, kuid siiski näeme põhiomadusi kontrollivate geenide vahel sarnasusi," ütles Bailey-Serres. "Tõenäoliselt kehtivad need sarnasused ka teiste põllukultuuride puhul."