محققان برای اولین بار نشان دادند که چگونه یک ژن کلیدی در گیاهان به آنها اجازه می دهد تا از انرژی خود به طور موثرتری استفاده کنند و آنها را قادر می سازد تا ریشه های بیشتری رشد کنند و آب و مواد مغذی بیشتری را جذب کنند.
یک تیم بین المللی از دانشمندان گیاه شناسی به رهبری دانشگاه ایالتی پن و با همکاری دانشگاه ناتینگهام این ژن تنظیم کننده جدید (به نام bHLH121) را کشف کرده اند که به ریشه های ذرت امکان می دهد آب و مواد مغذی بیشتری به دست آورند. یافته ها در نشریه منتشر شده است مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم.
این ژن تشکیل فضاهای هوایی را در بین بافتهای زنده ریشه کنترل میکند (به نام آئرنشیم قشر ریشه). جایگزینی درصد زیادی از سلول های ریشه با فضاهای هوایی باعث صرفه جویی در انرژی گیاه می شود که در غیر این صورت برای تغذیه همه این سلول های ریشه مورد نیاز است. این باعث می شود ریشه ها از نظر متابولیکی کارآمدتر شوند و آنها را قادر می سازد تا از منابع ذخیره شده برای ساختن ریشه های بیشتر و کشف موثرتر خاک و جذب آب و مواد مغذی بیشتر استفاده کنند.
به گفته محققان، این کشف می تواند منجر به پرورش محصولاتی شود که می توانند در برابر خشکسالی و شرایط خاک با نیتروژن کم مقاومت کنند و در نهایت ناامنی غذایی جهانی را کاهش دهند.
"شناسایی این ژن و نحوه عملکرد آن به ما امکان می دهد تا محصولات انعطاف پذیرتری ایجاد کنیم که می توانند در برابر شرایط استرس آب و مواد مغذی که در نتیجه تجربه می شوند مقاومت کنند. تغییر آب و هواراهول بوسال، استادیار ژنومیک عملکردی محصولات زراعی از دانشکده علوم زیستی و محقق BBSRC Discovery می گوید.
تیم تحقیقاتی از ابزارهای تصویربرداری قدرتمندی که در تحقیقات قبلی در ایالت پن ساخته شده بود استفاده کردند که به سرعت سلول ها را در هزاران ریشه اندازه گیری می کرد. یک تکنیک تصویربرداری توموگرافی لیزری ابلیشن برای این رویکرد بسیار مهم بود. این روش پیشرفته اکنون در دانشگاه ناتینگهام نیز موجود است.
هانا اشنایدر، استادیار فیزیولوژی محصولات زراعی در دانشگاه و تحقیقات واگنینگن، هلند، گفت: «ما برای اولین بار آزمایشهای مزرعهای را انجام دادیم که در این مطالعه از سال 2010 شروع شد و بیش از 500 خط ذرت را در سایتهایی در پنسیلوانیا، آریزونا، ویسکانسین و جنوب کشت کردیم. آفریقا،» او گفت. من در تمام آن مکان ها کار کردم. ما شواهد قانعکنندهای دیدیم که نشان میداد ژن مرتبط با آئرنشیم قشر ریشه را پیدا کردهایم.»
این تحقیق نشان داد که لاین های ذرت جهش یافته فاقد ژن bHLH121 کاهش تشکیل فضای هوایی ریشه را نشان دادند. در مقابل، بیان بیش از حد bHLH121 باعث تشکیل فضای هوایی بیشتر شد.
خصوصیات این خطوط تحت شرایط آب و نیتروژن غیربهینه در مکانهای مختلف نشان داد که ژن bHLH121 برای ریشه تشکیل فضای هوایی و ابزار جدیدی را برای اصلاحکنندگان گیاهان فراهم میکند تا گونههایی را با اکتشاف بهتر خاک و در نتیجه عملکرد در شرایط نامناسب انتخاب کنند.
او گفت: «این یافتهها نتیجه همکاری بسیاری از افراد در ایالت پن و فراتر از آن است که در طول سالها کار کردهاند. ما عملکرد صفت aerenchyma و سپس ژن مرتبط با آن را کشف کردیم، و به دلیل فناوریهایی که در ایالت پن ابداع شدهاند، مانند Shovelomics - کشف ریشهها در این زمینه - توموگرافی لیزری ابلیشن و آناتومیکس به وجود آمد. خط لوله. پروفسور جاناتان لینچ، سرپرست تحقیقات در ایالت پن، میگوید: ما همه آنها را در این کار کنار هم قرار دادیم.
لینچ ادامه داد: نتایج قابل توجه است، زیرا یافتن ژنی در پشت یک صفت مهم کمک خواهد کرد گیاهان تحمل به خشکی بهتری دارند و جذب نیتروژن و فسفر بهتر در مواجهه با تغییرات آب و هوایی به چشم می خورد.
او گفت: «اینها ویژگیهای بسیار مهمی هستند - هم در ایالات متحده و هم در سراسر جهان. خشکسالی بزرگترین خطر برای تولیدکنندگان ذرت است و با تغییرات آب و هوایی بدتر می شود و نیتروژن بزرگترین هزینه کشت ذرت از نظر مالی و زیست محیطی است. پرورش ذرت خطوط کارآمدتر در جمعآوری مواد مغذی پیشرفت بزرگی خواهد بود.»