Kaliforniya Üniversitesi'nden bilim insanları, ısınan gezegenimizde domates ve pirinç gibi gıda ürünlerinin daha uzun, daha yoğun kuraklık dönemlerinde hayatta kalmasına yardımcı olacak genetik veriler keşfettiler.
Geçtiğimiz on yıl boyunca araştırma ekibi, bitkilerin kuraklığın ve diğer çevresel tehditlerin etkilerini ilk kez tespit ettiği, mahsul köklerinin moleküler bir atlasını oluşturmaya çalıştı. Bunu yaparak, bilim adamlarının bitkileri bu streslerden korumak için kullanabileceği genleri ortaya çıkardılar. 20 Mayıs'ta dergide yayınlanan çalışmaları Hücre, hem iç mekanda hem de dış mekanda yetiştirilen domates köklerinin farklı hücrelerinden alınan genetik verileri birleştirdiği için kök fonksiyonlarının yüksek derecede anlaşılmasını sağladı.
UC Davis bitki biyolojisi profesörü ve makalenin ortak yazarı Neelima Sinha, "Araştırmacılar sıklıkla laboratuvar ve sera deneyleri yapıyor, ancak çiftçiler tarlada bir şeyler yetiştiriyor ve bu veriler tarla örneklerine de bakıyor" dedi. Veriler, bitkiye üç önemli şeyi yapmasını söyleyen genler hakkında bilgi verdi.
Ksilem, suyu ve besin maddelerini köklerden sürgünlere kadar taşıyan içi boş, boruya benzer kaplardır. Ksilemde taşınma olmadan bitki, fotosentez yoluyla kendi besinini oluşturamaz. UC Davis'te bitki biyolojisi profesörü olan baş çalışma yazarı Siobhan Brady, "Xylem, bitkileri kuraklığın yanı sıra tuz ve diğer streslere karşı desteklemek için çok önemlidir" dedi.
Buna karşılık, ksilemde bitki minerallerinin taşınması olmasaydı, insanlar ve diğer hayvanlar, hayatta kalmamız için gerekli olan daha az vitamin ve besin maddesine sahip olacaklardı. Ksilemi oluşturmak için gereken bazı tipik oyunculara ek olarak yeni ve şaşırtıcı genler de bulundu.
İkinci anahtar gen grubu, kökün dış katmanını lignin ve suberin üretmeye yönlendiren genlerdir. Suberin mantardaki anahtar maddedir ve bitki hücrelerini kalın bir tabaka halinde çevreleyerek kuraklık sırasında suyu tutar. Domates ve pirinç gibi mahsullerin köklerinde suberin bulunur. Elma meyvelerinin dış hücrelerini çevreleyen suberin bulunur. Nerede olursa olsun bitkinin su kaybetmesini engeller. Lignin ayrıca hücreleri su geçirmez hale getirir ve mekanik destek sağlar.
UC'den çalışmanın ortak yazarı Julia Bailey-Serres, "Suberin ve lignin, kuraklıktan korunmanın doğal formlarıdır ve hücrelerin bu çok özel katmanında bunları kodlayan genler tanımlandığına göre, bu bileşikler geliştirilebilir" dedi. Riverside genetik profesörü. “Bu nem bariyeri katmanını düzenleyen genler hakkında bu kadar çok şey öğrendiğimiz için heyecanlıyım. Mahsullerin kuraklık toleransını geliştirebilmek için bu çok önemli” dedi.
Bir bitkinin kök meristemini kodlayan genlerin, domates, pirinç ve yabani ot benzeri bir model bitki olan Arabidopsis arasında da oldukça benzer olduğu ortaya çıktı. Meristem her kökün büyüyen ucudur ve kökü oluşturan tüm hücrelerin kaynağıdır.
Bailey-Serres, "Bu, kökün geri kalanını oluşturacak ve kök hücre nişi olarak hizmet edecek olan bölge" dedi. "Köklerin özelliklerini, örneğin ne kadar büyüyeceklerini belirliyor. Bu konuda bilgi sahibi olmak daha iyi kök sistemleri geliştirmemize yardımcı olabilir.”
Brady, çiftçilerin belirli bir ürünle ilgilendiklerinde daha büyük, daha çekici meyveler gibi görebilecekleri özelliklere sahip bitkileri seçtiklerini açıkladı. Yetiştiricilerin toprağın altında göremedikleri özelliklere sahip bitkileri seçmesi çok daha zordur.
Brady, "Bir bitkinin toprak altındaki 'gizli yarısı', yetiştiricilerin bir bitkiyi başarılı bir şekilde yetiştirmek isteyip istemediklerini dikkate almaları açısından kritik öneme sahiptir" dedi. "Bir bitkinin köklerinin meristemini değiştirebilmek, mahsulleri daha arzu edilen özelliklere sahip olarak tasarlamamıza yardımcı olacaktır."
Bu çalışmada yalnızca üç bitki analiz edilmiş olsa da ekip, bulguların daha geniş çapta uygulanabileceğine inanıyor. Bailey-Serres, "Domates ve pirinç, 125 milyon yılı aşkın bir evrimle ayrılıyor, ancak yine de temel özellikleri kontrol eden genler arasında benzerlikler görüyoruz" dedi. "Muhtemelen bu benzerlikler diğer mahsuller için de geçerli."