מדענים מאוניברסיטת קליפורניה גילו נתונים גנטיים שיעזרו לגידולי מזון כמו עגבניות ואורז לשרוד תקופות בצורת ארוכות ואינטנסיביות יותר על כוכב הלכת שלנו המתחמם.
במהלך העשור האחרון, צוות המחקר ביקש ליצור אטלס מולקולרי של שורשי יבול, שבו צמחים מזהים לראשונה את ההשפעות של בצורת ואיומים סביבתיים אחרים. בכך הם חשפו גנים שמדענים יכולים להשתמש בהם כדי להגן על הצמחים מהלחצים הללו. עבודתם, שפורסמה ב-20 במאי בכתב העת תא, השיגה רמה גבוהה של הבנה של תפקודי השורש מכיוון שהיא שילבה נתונים גנטיים מתאי שורשי עגבניות שונים שגדלו בבית ובחוץ.
"לעתים קרובות, חוקרים עורכים ניסויים במעבדה ובחממה, אבל חקלאים מגדלים דברים בשטח, והנתונים האלה מסתכלים גם על דגימות שדה", אמרה נילימה סינהא, פרופסור לביולוגיה של צמחים באוניברסיטת קליפורניה ומחברת המאמר. הנתונים הניבו מידע על גנים שאומרים לצמח ליצור שלושה דברים מרכזיים.
Xylem הם כלי חלולים דמויי צינור המובילים מים וחומרי הזנה מהשורשים עד לזרעים. ללא הובלה בקסילם, הצמח אינו יכול ליצור מזון משלו באמצעות פוטוסינתזה. "קסילם חשובים מאוד לחיזוק הצמחים נגד בצורת, כמו גם מלח ולחצים אחרים", אמר מחבר המחקר הראשי Siobhan Brady, פרופסור לביולוגיה של צמחים ב-UC Davis.
בתורו, ללא הובלת מינרלים צמחיים בקסלם, לבני אדם ולבעלי חיים אחרים יהיו פחות ויטמינים וחומרים מזינים החיוניים להישרדותנו. בנוסף לכמה שחקנים טיפוסיים הדרושים ליצירת הקסילם, נמצאו גנים חדשים ומפתיעים.
קבוצת המפתח השנייה של גנים היא אלו שמכוונים שכבה חיצונית של השורש לייצר ליגנין וסוברין. סוברין הוא חומר המפתח בפקק והוא מקיף את תאי הצמח בשכבה עבה, מחזיקים במים בזמן בצורת. לגידולים כמו עגבניות ואורז יש סוברין בשורשים. לפירות תפוח יש סוברין המקיף את התאים החיצוניים שלהם. בכל מקום שהוא מתרחש, זה מונע מהצמח לאבד מים. לגנין גם אטום למים ומספק תמיכה מכנית.
"סוברין וליגנין הם צורות טבעיות של הגנה מפני בצורת, וכעת, לאחר שזוהו הגנים המקודדים להם בשכבת התאים המאוד ספציפית הזו, ניתן לשפר את התרכובות הללו", אמרה מחברת המחקר ג'וליה ביילי-סרס, UC פרופסור לגנטיקה בריברסייד. "אני נרגש שלמדנו כל כך הרבה על הגנים המווסתים את שכבת מחסום הלחות הזו. זה כל כך חשוב ליכולת לשפר את סבילות הבצורת לגידולים", אמרה.
גנים המקודדים למריסטם השורש של הצמח התבררו גם כדומים להפליא בין עגבנייה, אורז וארבידופסיס, צמח מודל דמוי עשב. המריסטם הוא הקצה הגדל של כל שורש, והוא המקור של כל התאים המרכיבים את השורש.
"זהו האזור שייצור את שאר השורש, ומשמש כגומחת תאי הגזע שלו", אמר ביילי-סרס. "זה מכתיב את המאפיינים של השורשים עצמם, כמו כמה הם מגיעים. ידע על זה יכול לעזור לנו לפתח מערכות שורשים טובות יותר."
בריידי הסביר שכאשר חקלאים מעוניינים ביבול מסוים, הם בוחרים צמחים בעלי תכונות שהם יכולים לראות, כמו פירות גדולים ומושכים יותר. הרבה יותר קשה למגדלים לבחור צמחים עם תכונות מתחת לפני הקרקע שהם לא יכולים לראות.
"החצי הנסתר של הצמח, מתחת לפני האדמה, הוא קריטי למגדלים לשקול אם הם רוצים לגדל צמח בהצלחה", אמר בריידי. "היכולת לשנות את המריסטם של שורשי הצמח תעזור לנו להנדס יבולים עם תכונות נחשקות יותר."
למרות שמחקר זה ניתח רק שלושה צמחים, הצוות מאמין שניתן ליישם את הממצאים בצורה רחבה יותר. "עגבנייה ואורז מופרדים על ידי יותר מ-125 מיליון שנות אבולוציה, ובכל זאת אנו עדיין רואים קווי דמיון בין הגנים השולטים במאפייני מפתח", אמר ביילי-סרס. "סביר להניח שהדמיון הזה נכון גם לגבי יבולים אחרים."