Científics de la Universitat de Califòrnia han descobert dades genètiques que ajudaran els cultius alimentaris com els tomàquets i l'arròs a sobreviure a períodes de sequera més llargs i intensos al nostre planeta que s'escalfa.
Durant l'última dècada, l'equip d'investigació va intentar crear un atles molecular d'arrels de cultius, on les plantes detectin per primera vegada els efectes de la sequera i altres amenaces ambientals. En fer-ho, van descobrir gens que els científics poden utilitzar per protegir les plantes d'aquestes tensions. El seu treball, publicat el 20 de maig a la revista Cèl · lula, va aconseguir un alt grau de comprensió de les funcions de l'arrel perquè va combinar dades genètiques de diferents cèl·lules d'arrels de tomàquet cultivades tant a l'interior com a l'exterior.
"Sovint, els investigadors fan experiments de laboratori i hivernacle, però els agricultors cultiven coses al camp, i aquestes dades també examinen mostres de camp", va dir Neelima Sinha, professora de biologia vegetal de la UC Davis i coautora del document. Les dades van donar informació sobre gens que diuen a la planta que faci tres coses clau.
Els xilems són recipients buits en forma de canonada que transporten aigua i nutrients des de les arrels fins als brots. Sense transport al xilema, la planta no pot crear el seu propi aliment mitjançant la fotosíntesi. "El xilem és molt important per apuntalar les plantes contra la sequera, així com la sal i altres tensions", va dir l'autor principal de l'estudi Siobhan Brady, professor de biologia vegetal a la UC Davis.
Al seu torn, sense el transport de minerals vegetals al xilema, els humans i altres animals tindrien menys vitamines i nutrients essencials per a la nostra supervivència. A més d'alguns jugadors típics necessaris per formar el xilema, es van trobar gens nous i sorprenents.
El segon conjunt clau de gens són els que dirigeixen una capa externa de l'arrel per produir lignina i suberina. La suberina és la substància clau del suro i envolta les cèl·lules vegetals en una capa gruixuda, mantenint l'aigua durant la sequera. Els cultius com els tomàquets i l'arròs tenen suberina a les arrels. Els fruits de poma tenen suberina que envolta les seves cèl·lules externes. Allà on es produeixi, evita que la planta perdi aigua. La lignina també impermeabilitza les cèl·lules i proporciona suport mecànic.
"La suberina i la lignina són formes naturals de protecció contra la sequera, i ara que s'han identificat els gens que les codifiquen en aquesta capa tan específica de cèl·lules, aquests compostos es poden millorar", va dir la coautora de l'estudi Julia Bailey-Serres, UC. Professor de genètica de Riverside. "Estic emocionat d'haver après molt sobre els gens que regulen aquesta capa de barrera d'humitat. És tan important per poder millorar la tolerància a la sequera dels cultius", va dir.
Els gens que codifiquen per al meristema d'arrel d'una planta també van resultar ser molt similars entre el tomàquet, l'arròs i l'Arabidopsis, una planta model semblant a les males herbes. El meristema és la punta creixent de cada arrel i és la font de totes les cèl·lules que formen l'arrel.
"És la regió que farà la resta de l'arrel i serveix com a nínxol de cèl·lules mare", va dir Bailey-Serres. "Dicta les propietats de les arrels, com ara la mida que tenen. Tenir-ne coneixement ens pot ajudar a desenvolupar millors sistemes arrels".
Brady va explicar que quan els agricultors estan interessats en un cultiu en particular, seleccionen plantes que tenen característiques que poden veure, com ara fruits més grans i atractius. Molt més difícil és per als criadors seleccionar plantes amb propietats sota terra que no poden veure.
"La 'meitat oculta' d'una planta, sota terra, és fonamental perquè els criadors considerin si volen fer créixer una planta amb èxit", va dir Brady. "Ser capaç de modificar el meristema de les arrels d'una planta ens ajudarà a dissenyar cultius amb propietats més desitjables".
Tot i que aquest estudi només va analitzar tres plantes, l'equip creu que les troballes es poden aplicar de manera més àmplia. "El tomàquet i l'arròs estan separats per més de 125 milions d'anys d'evolució, però encara veiem semblances entre els gens que controlen les característiques clau", va dir Bailey-Serres. "És probable que aquestes similituds també siguin vàlides per a altres cultius".