Οι μεταλλαγμένες ρίζες αποκαλύπτουν πώς μπορούμε να καλλιεργήσουμε καλλιέργειες σε κατεστραμμένα εδάφη
Η ομάδα, που συνυπάρχει από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, το Riverside, και το Ινστιτούτο Boyce Thompson, ανακάλυψε ότι μια ενιαία μετάλλαξη σε ένα ρυθμιστικό γονίδιο επιτρέπει στις ρίζες του μοντέλου φυτού Arabidopsis thaliana να αναπτύσσεται κανονικά ακόμη και σε εξαιρετικά όξινες συνθήκες εδάφους που συνήθως ακινητοποιούν την ανάπτυξη των φυτών και περιορίζουν τη θρεπτική και την παύση του νερού.
The findings, published today in the journal Nature Plants, could lead to the development of crops more tolerant to acidic soil, thereby helping to increase food production and alleviate global hunger, said UCR plant biologist Long Jiang, who co-led the study.
Το αλουμίνιο είναι το τρίτο πιο άφθονο στοιχείο στο φλοιό της Γης και τα εξαιρετικά όξινα εδάφη που περιέχουν αλουμίνιο είναι ευρέως διαδεδομένα σε πολλά μέρη του κόσμου. Τα όξινα εδάφη μπορούν να προκύψουν από φυσικές καιρικές συνθήκες και μπορούν να επιδεινωθούν από ανθρώπινες δραστηριότητες, όπως η υπερβολική χρήση λιπασμάτων αζώτου.
Οι τοξικές επιδράσεις του αλουμινίου στα φυτά είναι καλά τεκμηριωμένα, συμπεριλαμβανομένης της ακινητοποιημένης ανάπτυξης των ριζών, της μειωμένης πρόσληψης νερού και των θρεπτικών ουσιών και της αναστολής της κυτταρικής διαίρεσης και της επέκτασης. Αυτές οι επιδράσεις μπορούν να επηρεάσουν σοβαρά τις αποδόσεις των καλλιεργειών και την ποιότητα, δημιουργώντας σημαντικές προκλήσεις για την παγκόσμια επισιτιστική ασφάλεια.
Παρά την επικράτηση και την επίδραση της τοξικότητας του αλουμινίου του εδάφους, οι μοριακοί μηχανισμοί που διέπουν την ανοχή αλουμινίου στα φυτά δεν είναι καλά κατανοητοί. Για να αντιμετωπίσει αυτό το χάσμα γνώσεων, ο Jiang και η ομάδα του θέλησαν να διερευνήσουν πώς τα φυτά Arabidopsis ανταποκρίνονται στο άγχος του αλουμινίου.
Χρησιμοποιώντας μια προσέγγιση γενετικής διαλογής, οι ερευνητές αναγνώρισαν ένα μόνο γονίδιο, που χαρακτηρίζεται ως ART1 (παράγοντας μεταγραφής απόκρισης αλουμινίου 1), που παίζει καθοριστικό ρόλο στην ανοχή αλουμινίου. Το ART1 κωδικοποιεί έναν παράγοντα μεταγραφής, μια πρωτεΐνη που ρυθμίζει την έκφραση άλλων γονιδίων.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι μια ενιαία μετάλλαξη στο γονίδιο ART1 οδήγησε σε αυξημένη ανοχή στο στρες αλουμινίου στα φυτά Arabidopsis. Οι ρίζες των μεταλλαγμένων φυτών εμφάνισαν φυσιολογική ανάπτυξη και ανάπτυξη ακόμη και σε εξαιρετικά όξινα εδάφη, σε αντίθεση με τις ακανόνιστες ρίζες των φυτών άγριου τύπου.
Περαιτέρω πειράματα αποκάλυψαν ότι το ART1 ρυθμίζει την έκφραση πολλαπλών γονιδίων που εμπλέκονται στην αποτοξίνωση αλουμινίου, στην ανάπτυξη των ριζών και στην κυτταρική ομοιόσταση. Με την αλλαγή της έκφρασης αυτών των γονιδίων, το ART1 βοηθά τα φυτά να αντιμετωπίσουν το στρες αλουμινίου και να διατηρήσουν την ανάπτυξη των ριζών.
"Τα ευρήματά μας παρέχουν νέες γνώσεις στους μοριακούς μηχανισμούς της ανοχής αλουμινίου στα φυτά", δήλωσε ο Jiang. "Με τον χειρισμό της δραστηριότητας ART1, μπορεί να είναι δυνατή η ανάπτυξη καλλιεργειών με αυξημένη ανοχή σε όξινα εδάφη, τα οποία θα μπορούσαν να έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην παραγωγή τροφίμων και την παγκόσμια επισιτιστική ασφάλεια".
Η μελέτη υποστηρίχθηκε από επιχορηγήσεις από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, το Υπουργείο Γεωργίας των ΗΠΑ και το Συμβούλιο Υποτροφιών της Κίνας.
