Os investigadores revelaron por primeira vez como un xene clave das plantas permítelles utilizar a súa enerxía de forma máis eficiente, o que lles permite cultivar máis raíces e captar máis auga e nutrientes.
Un equipo internacional de científicos vexetais dirixido pola Penn State University e en colaboración coa Universidade de Nottingham descubriron este xene regulador novo (chamado bHLH121) que permite que as raíces do millo adquiran máis auga e nutrientes. Os resultados foron publicados no Actas da Academia Nacional de Ciencias.
O xene controla a formación de espazos de aire entre os tecidos radiculares vivos (denominado aerénquima cortical da raíz). A substitución dunha gran porcentaxe de células da raíz por espazos aéreos aforra á planta moita enerxía que, doutro xeito, se necesita para alimentar todas estas células radiculares. Isto fai que as raíces sexan metabólicamente máis eficientes, o que lles permite usar os recursos aforrados para construír máis raíces e explorar o chan de forma máis eficaz e capturar máis auga e nutrientes.
Este descubrimento podería levar á creación de cultivos que poidan soportar a seca e as condicións do solo con baixo contido de nitróxeno e, en última instancia, aliviar a inseguridade alimentaria global, suxiren os investigadores.
"Identificar este xene e como funciona permitiranos crear cultivos máis resistentes que poidan soportar as condicións de estrés hídrico e de nutrientes que se experimentan como resultado da cambio climático", di Rahul Bhosale, profesor asistente en xenómica funcional de cultivos da Escola de Biociencias e BBSRC Discovery Fellow.
O equipo de investigación utilizou poderosas ferramentas de imaxe desenvolvidas en investigacións anteriores en Penn State que mediron rapidamente células en miles de raíces. An técnica de imaxe chamada Tomografía de ablación con láser foi fundamental para este enfoque. Este enfoque de última xeración tamén está dispoñible na Universidade de Nottingham.
Hannah Schneider, profesora asistente de Fisioloxía de Cultivos na Universidade e Investigación de Wageningen, Holanda, dixo: "Realizamos por primeira vez os experimentos de campo que entraron neste estudo a partir de 2010, cultivando máis de 500 liñas de millo en sitios de Pensilvania, Arizona, Wisconsin e Sur. África", dixo. "Traballei en todos eses lugares. Vimos probas convincentes de que localizaramos un xene asociado ao aerénquima cortical da raíz".
Esta investigación revelou que as liñas de millo mutantes que carecen do xene bHLH121 mostraron unha reducida formación do espazo aéreo radicular. Pola contra, a sobreexpresión de bHLH121 provocou a formación de máis espazo aéreo.
A caracterización destas liñas baixo unha dispoñibilidade subóptima de auga e nitróxeno en múltiples lugares revelou que o xene bHLH121 é necesario para raíz formación do espazo aéreo e proporciona unha nova ferramenta para que os produtores de plantas seleccionen variedades cunha exploración mellorada do solo e, polo tanto, o rendemento en condicións subóptimas.
"Estes achados son o resultado de que moitas persoas de Penn State e máis aló colaboraron connosco, traballando durante moitos anos", dixo. "Descubrimos a función do trazo do aerénquima e despois o xene asociado a el, e xurdiu por mor de tecnoloxías que se elaboraron aquí en Penn State, como Shovelomics, que desenterraron raíces no campo, Tomografía e Anatomía con ablación con láser. Gasoduto. Xuntamos todos estes neste traballo ", di o profesor Jonathan Lynch, xefe de investigación en Penn State.
Os resultados son significativos, continuou Lynch, porque atopar un xene detrás dun trazo importante que vai axudar plantas ter unha mellor tolerancia á seca e unha mellor captura de nitróxeno e fósforo teares grandes ante o cambio climático.
"Esas son calidades súper importantes, tanto aquí nos Estados Unidos como en todo o mundo", dixo. "As secas son o maior risco para os produtores de millo e están empeorando co cambio climático, e o nitróxeno é o maior custo do cultivo de millo, tanto desde a perspectiva financeira como ambiental. Cría millo liñas máis eficientes na eliminación de nutrientes serían un gran desenvolvemento".