دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا داده های ژنتیکی را کشف کرده اند که به محصولات غذایی مانند گوجه فرنگی و برنج کمک می کند تا در دوره های طولانی تر و شدیدتر خشکسالی در سیاره در حال گرم شدن ما زنده بمانند.
در طول دهه گذشته، تیم تحقیقاتی به دنبال ایجاد یک اطلس مولکولی از ریشه های محصولات بود، جایی که گیاهان برای اولین بار اثرات خشکسالی و سایر تهدیدات زیست محیطی را تشخیص می دادند. با انجام این کار، آنها ژن هایی را کشف کردند که دانشمندان می توانند از آنها برای محافظت از گیاهان در برابر این تنش ها استفاده کنند. کار آنها در 20 مه در مجله منتشر شد سلول، به درک بالایی از عملکرد ریشه دست یافت زیرا داده های ژنتیکی از سلول های مختلف ریشه گوجه فرنگی را که هم در داخل و هم در خارج از خانه رشد می کردند را ترکیب کرد.
نیلیما سینها، استاد زیستشناسی گیاهی دانشگاه کالیفرنیا دیویس و یکی از نویسندگان مقاله، میگوید: «محققان اغلب آزمایشهای آزمایشگاهی و گلخانهای انجام میدهند، اما کشاورزان چیزهایی را در مزرعه پرورش میدهند، و این دادهها به نمونههای مزرعه نیز نگاه میکنند. داده ها اطلاعاتی در مورد ژن هایی به دست آورد که به گیاه می گویند سه چیز کلیدی بسازد.
آوند چوبی آوندهای توخالی و لوله مانندی هستند که آب و مواد مغذی را از ریشه تا شاخه ها منتقل می کنند. بدون حمل و نقل در آوند چوبی، گیاه نمی تواند غذای خود را از طریق فتوسنتز ایجاد کند. سیوبهان برادی، سرپرست تیم تحقیق، استاد زیستشناسی گیاهی در دانشگاه کالیفرنیا دیویس، میگوید: آوند چوبی برای محافظت از گیاهان در برابر خشکسالی و همچنین نمک و سایر تنشها بسیار مهم است.
به نوبه خود، بدون انتقال مواد معدنی گیاهی در آوند چوبی، انسان و سایر حیوانات ویتامین ها و مواد مغذی کمتری برای بقای ما خواهند داشت. علاوه بر برخی از بازیکنان معمولی مورد نیاز برای تشکیل آوند چوبی، ژنهای جدید و شگفتانگیزی یافت شد.
دومین مجموعه کلیدی ژن ها آنهایی هستند که لایه بیرونی ریشه را برای تولید لیگنین و سوبرین هدایت می کنند. سوبرین ماده کلیدی در چوب پنبه است و سلول های گیاهی را در لایه ای ضخیم احاطه می کند و در طول خشکسالی در آب نگه می دارد. محصولاتی مانند گوجه فرنگی و برنج دارای سوبرین در ریشه هستند. میوه های سیب دارای سوبرین در اطراف سلول های بیرونی خود هستند. در هر جایی که اتفاق بیفتد از از دست دادن آب گیاه جلوگیری می کند. لیگنین همچنین سلول ها را ضد آب می کند و پشتیبانی مکانیکی را فراهم می کند.
جولیا بیلی-سرز، یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: "سوبرین و لیگنین اشکال طبیعی محافظت در برابر خشکسالی هستند، و اکنون که ژن هایی که آنها را در این لایه بسیار خاص از سلول ها رمزگذاری می کنند، شناسایی شده اند، می توان این ترکیبات را تقویت کرد." استاد ژنتیک ریورساید. "من هیجان زده هستم که چیزهای زیادی در مورد ژن های تنظیم کننده این لایه مانع رطوبت آموخته ایم. این برای بهبود تحمل به خشکی برای محصولات بسیار مهم است.
ژنهایی که مریستم ریشه گیاه را رمزگذاری میکنند، بین گوجهفرنگی، برنج و آرابیدوپسیس، یک گیاه مدل علفهرز، بهطور قابلتوجهی مشابه هستند. مریستم نوک در حال رشد هر ریشه است و منبع تمام سلول های تشکیل دهنده ریشه است.
بیلی-سرز گفت: "این منطقه ای است که بقیه ریشه را می سازد و به عنوان جایگاه سلول های بنیادی آن عمل می کند." این ویژگیهای خود ریشهها را تعیین میکند، مانند اینکه چقدر بزرگ میشوند. داشتن دانش در مورد آن می تواند به ما در توسعه سیستم ریشه بهتر کمک کند.
برادی توضیح داد که وقتی کشاورزان به یک محصول خاص علاقه مند هستند، گیاهانی را انتخاب می کنند که ویژگی هایی دارند که می توانند ببینند، مانند میوه های بزرگتر و جذاب تر. انتخاب گیاهانی با خواص زیر زمینی که نمی توانند ببینند برای پرورش دهندگان بسیار دشوارتر است.
بریدی گفت: «نیمه پنهان یک گیاه، در زیر زمین، برای پرورش دهندگان مهم است که در نظر بگیرند که آیا می خواهند گیاهی را با موفقیت رشد دهند. "توانایی اصلاح مریستم ریشه یک گیاه به ما کمک می کند تا محصولاتی با خواص مطلوب تر را مهندسی کنیم."
اگرچه این مطالعه تنها سه گیاه را مورد تجزیه و تحلیل قرار داد، تیم بر این باور است که یافتهها را میتوان به طور گستردهتری به کار برد. بیلی سرس گفت: گوجه فرنگی و برنج با بیش از 125 میلیون سال تکامل از هم جدا شده اند، با این حال هنوز هم شباهت هایی بین ژن هایی که ویژگی های کلیدی را کنترل می کنند، می بینیم. "به احتمال زیاد این شباهت ها برای سایر محصولات نیز صادق است."