Các nhà khoa học của Đại học California đã phát hiện ra dữ liệu di truyền sẽ giúp các loại cây lương thực như cà chua và lúa tồn tại lâu hơn, trong thời kỳ hạn hán khắc nghiệt hơn trên hành tinh đang nóng lên của chúng ta.
Trong suốt thập kỷ qua, nhóm nghiên cứu đã tìm cách tạo ra một tập bản đồ phân tử về rễ cây, nơi thực vật lần đầu tiên phát hiện ra tác động của hạn hán và các mối đe dọa môi trường khác. Khi làm như vậy, họ đã phát hiện ra các gen mà các nhà khoa học có thể sử dụng để bảo vệ thực vật khỏi những căng thẳng này. Công trình của họ, được công bố ngày 20 tháng XNUMX trên tạp chí Pin, đạt được mức độ hiểu biết cao về chức năng của rễ vì nó kết hợp dữ liệu di truyền từ các tế bào khác nhau của rễ cà chua được trồng cả trong nhà và ngoài trời.
Neelima Sinha, giáo sư sinh học thực vật của UC Davis và đồng tác giả của bài báo cho biết: “Thường thì các nhà nghiên cứu thực hiện các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm và nhà kính, nhưng nông dân trồng trọt trên đồng ruộng và dữ liệu này cũng xem xét các mẫu thực địa”. Dữ liệu mang lại thông tin về các gen yêu cầu thực vật tạo ra ba điều quan trọng.
Xylem là những mạch rỗng, dạng ống, vận chuyển nước và chất dinh dưỡng từ rễ đến chồi. Nếu không có sự vận chuyển trong xylem, cây không thể tự tạo ra thức ăn thông qua quá trình quang hợp. Siobhan Brady, giáo sư sinh học thực vật tại UC Davis, cho biết: “Xylem rất quan trọng để hỗ trợ cây trồng chống lại hạn hán, muối và các áp lực khác”.
Đổi lại, nếu không có sự vận chuyển khoáng chất thực vật trong xylem, con người và các động vật khác sẽ có ít vitamin và chất dinh dưỡng cần thiết cho sự sống còn của chúng ta hơn. Ngoài một số gen tiêu biểu cần thiết để hình thành xylem, các gen mới và đáng ngạc nhiên đã được tìm thấy.
Bộ gen quan trọng thứ hai là bộ gen chỉ đạo lớp ngoài của rễ tạo ra lignin và suberin. Suberin là chất chủ yếu trong nút bần và nó bao bọc tế bào thực vật thành một lớp dày, giữ nước khi hạn hán. Những cây trồng như cà chua và lúa có suberin trong rễ. Quả táo có suberin bao quanh các tế bào bên ngoài của chúng. Bất cứ nơi nào nó xảy ra, nó giúp cây không bị mất nước. Lignin cũng chống thấm tế bào và cung cấp hỗ trợ cơ học.
Đồng tác giả nghiên cứu Julia Bailey-Serres, một UC cho biết: “Suberin và lignin là những dạng tự nhiên bảo vệ hạn hán và hiện nay các gen mã hóa chúng trong lớp tế bào rất đặc biệt này đã được xác định, những hợp chất này có thể được tăng cường”. Giáo sư di truyền học Riverside. “Tôi rất vui vì chúng tôi đã tìm hiểu được nhiều điều về các gen điều chỉnh lớp rào cản độ ẩm này. Bà nói: “Điều quan trọng là có thể cải thiện khả năng chịu hạn cho cây trồng”.
Các gen mã hóa mô phân sinh rễ của cây cũng tỏ ra giống nhau đáng kể giữa cà chua, lúa và cây Arabidopsis, một loại cây mô hình giống cỏ dại. Mô phân sinh là đỉnh phát triển của mỗi rễ và là nguồn gốc của tất cả các tế bào tạo nên rễ.
Bailey-Serres cho biết: “Đó là khu vực sẽ tạo ra phần còn lại của rễ và đóng vai trò là hốc tế bào gốc của nó. “Nó quyết định các đặc tính của rễ cây, chẳng hạn như độ lớn của chúng. Có kiến thức về nó có thể giúp chúng tôi phát triển hệ thống gốc tốt hơn.”
Brady giải thích rằng khi nông dân quan tâm đến một loại cây trồng cụ thể, họ sẽ chọn những cây có đặc điểm mà họ có thể nhìn thấy, chẳng hạn như quả to hơn, hấp dẫn hơn. Khó khăn hơn nhiều đối với các nhà lai tạo là chọn những cây có đặc tính dưới mặt đất mà họ không thể nhìn thấy.
Brady nói: “'Nửa ẩn' của cây, dưới mặt đất, rất quan trọng để các nhà tạo giống cân nhắc xem họ có muốn trồng cây thành công hay không. “Có thể điều chỉnh mô phân sinh của rễ cây sẽ giúp chúng ta tạo ra cây trồng với những đặc tính mong muốn hơn”.
Mặc dù nghiên cứu này chỉ phân tích ba loại cây nhưng nhóm nghiên cứu tin rằng những phát hiện này có thể được áp dụng rộng rãi hơn. Bailey-Serres cho biết: “Cà chua và lúa cách nhau hơn 125 triệu năm tiến hóa, tuy nhiên chúng ta vẫn thấy sự tương đồng giữa các gen kiểm soát các đặc điểm chính”. “Có vẻ như những điểm tương đồng này cũng đúng với các loại cây trồng khác.”