Mokslininkai pirmą kartą atskleidė, kaip pagrindinis augalų genas leidžia jiems efektyviau panaudoti energiją, užauginti daugiau šaknų ir sugauti daugiau vandens bei maistinių medžiagų.
Tarptautinė augalų mokslininkų komanda, vadovaujama Penn State universiteto ir bendradarbiaudama su Notingemo universitetu, atrado šį naują reguliuojantį geną (vadinamą bHLH121), kuris leidžia kukurūzų šaknims gauti daugiau vandens ir maistinių medžiagų. Išvados buvo paskelbtos Nacionalinės mokslo akademijos leidiniai.
Genas kontroliuoja oro tarpų susidarymą tarp gyvų šaknų audinių (vadinamų šaknies žievės aerenchima). Didelę šaknų ląstelių dalį pakeitus oro erdvėmis, augalas sutaupo daug energijos, kurios kitu atveju reikia visoms šioms šaknų ląstelėms maitinti. Dėl to šaknys tampa veiksmingesnės medžiagų apykaitos požiūriu, todėl jos gali panaudoti sutaupytus išteklius, kad sukurtų daugiau šaknų ir veiksmingiau tyrinėtų dirvožemį bei gautų daugiau vandens ir maistinių medžiagų.
Šis atradimas gali paskatinti veisti javus, kurie gali atlaikyti sausras ir mažai azoto turinčias dirvožemio sąlygas ir galiausiai sumažinti pasaulinį maisto trūkumą, teigia mokslininkai.
„Nustačius šį geną ir kaip jis veikia, galėsime sukurti atsparesnius pasėlius, galinčius atlaikyti vandens ir maistinių medžiagų streso sąlygas, patiriamas dėl klimato kaita“, – sako Rahul Bhosale, pasėlių funkcinės genomikos docentas iš Biomokslų mokyklos ir BBSRC atradimų bendradarbis.
Tyrimo grupė naudojo galingus vaizdo gavimo įrankius, sukurtus ankstesniuose Penn State tyrimuose, kurie greitai išmatavo ląsteles tūkstančiuose šaknų. An vaizdavimo technika Lazerinė abliacinė tomografija buvo labai svarbi šiam metodui. Šis moderniausias metodas dabar prieinamas ir Notingamo universitete.
Hannah Schneider, Wageningen universiteto ir tyrimų, Nyderlandų pasėlių fiziologijos docentė, sakė: „Pirmą kartą atlikome lauko eksperimentus, kurie buvo įtraukti į šį tyrimą nuo 2010 m., augindami daugiau nei 500 kukurūzų linijų Pensilvanijos, Arizonos, Viskonsino ir Pietų vietose. Afrika“, – sakė ji. „Dirbau visose tose vietose. Matėme įtikinamų įrodymų, kad radome geną, susijusį su šaknies žievės aerenchima.
Šis tyrimas atskleidė, kad mutantinės kukurūzų linijos, kuriose nėra bHLH121 geno, sumažino šaknų oro erdvės formavimąsi. Priešingai, per didelis bHLH121 ekspresija sukėlė daugiau oro erdvės susidarymo.
Šių linijų apibūdinimas esant neoptimaliam vandens ir azoto prieinamumui keliose vietose parodė, kad bHLH121 genas reikalingas šaknis oro erdvės formavimui ir yra naujas įrankis augalų selekcininkams, kurie neoptimaliomis sąlygomis gali atrinkti veisles, kurių dirvožemio tyrinėjimas pagerėjo, taigi ir derlius.
„Šios išvados yra daugelio Penn State ir ne tik bendradarbiavimo su mumis, daug metų darbo rezultatas“, – sakė jis. „Mes atradome aerenchimos bruožo funkciją, o paskui su juo susijusį geną, ir tai atsirado dėl technologijų, kurios buvo sukurtos čia, Penn State, pavyzdžiui, Shovelomics – šaknų kasimas lauke – lazerinė abliacinė tomografija ir anatomija. Dujotiekis. Šiame darbe mes sujungėme visus šiuos dalykus“, – sako profesorius Jonathanas Lynchas, Penn State tyrimų vadovas.
Lynchas tęsė, kad rezultatai yra reikšmingi, nes surasti geną, esantį už svarbios savybės, kuri padės augalai turi geresnį toleranciją sausrai ir geresnį azoto bei fosforo surinkimą, dideles stakles klimato kaitos akivaizdoje.
„Tai labai svarbios savybės – tiek čia, JAV, tiek visame pasaulyje“, – sakė jis. „Sausros kelia didžiausią pavojų kukurūzų augintojams ir didėja dėl klimato kaitos, o azotas yra didžiausia kukurūzų auginimo kaina tiek finansiniu, tiek aplinkosaugos požiūriu. Veisimas kukurūzai Veiksmingesnės maistinės medžiagos pašalinimo linijos būtų svarbus žingsnis.