Oleh kerana perubahan iklim dijangka membawa kepada tempoh kemarau yang lebih kerap, para penyelidik semakin berusaha untuk membuat penemuan yang boleh membantu tumbuhan menyesuaikan diri dengan tekanan air yang berpanjangan.
Penyelidik dari Institut Boyce Thompson dan Universiti Cornell telah menyelesaikan kajian pertama untuk memberikan gambaran menyeluruh tentang perubahan ekspresi gen sebagai tindak balas kepada tekanan air dalam buah-tomato, Solanum lycopersicum-mengenal pasti gen yang boleh membantu penternak tumbuhan mengembangkan buah yang boleh mengatasi keadaan kemarau.
Diterbitkan dalam edisi Disember Fisiologi Loji, kerja itu diketuai oleh pasukan penyelidik Carmen Catalá, penolong profesor di BTI dan Rakan Penyelidik Kanan di Sekolah Sains Tumbuhan Integratif (SIPS) di Cornell. Penyelidik yang bekerjasama termasuk Jocelyn Rose, seorang profesor dalam SIPS, dan profesor BTI Jim Giovannoni, Zhangjun Fei dan Lukas Mueller, yang juga profesor tambahan dalam SIPS
"Kami mengenal pasti beberapa gen yang terlibat dalam tindak balas tekanan air dalam buah tomato," kata Catalá. "Kami kini boleh mula memilih gen calon yang boleh membantu penternak menghasilkan buah yang boleh menyesuaikan diri dengan keadaan kemarau, dan bukan hanya tomato tetapi juga anggur, epal, dan buah berisi secara umum. Itu adalah aplikasi berpotensi jangka panjang data ini."
Para penyelidik melihat ekspresi gen dalam daun tomato dan enam organ buah (pericarp, plasenta, septum, columella, jeli dan biji) pada dua titik masa yang berbeza (buah yang tumbuh dan masak) dan di bawah empat keadaan tekanan air yang berbeza (tiada, ringan, pertengahan dan kuat).
Para penyelidik mendapati bahawa setiap tisu organ buah berubah dengan cara yang unik dari semasa ke semasa.
"Kurang daripada 1% daripada gen yang dinyatakan yang terjejas oleh tekanan air dikongsi di antara semua enam tisu buah-buahan, dan lebih daripada 50% daripada gen yang terjejas adalah khusus untuk satu tisu," kata Catala.
Berbeza dengan kesan negatif kemarau, yang mencetuskan gangguan fisiologi dan kehilangan buah, terdapat beberapa kesan positif yang dikaitkan dengan kemarau-sekurang-kurangnya dengan kemarau sederhana.
Sebagai contoh, para penyelidik mendapati bahawa tekanan air meningkatkan jumlah likopena dalam buah masak. Lycopene adalah antioksidan yang telah mendokumenkan manfaat kesihatan. Buah yang ditekankan air juga mempunyai tahap biosintesis kanji yang lebih tinggi, yang boleh menghasilkan tomato yang lebih manis.
Para penyelidik juga mendapati bahawa mereka boleh "melatih" tomato untuk menjadi lebih tahan terhadap kemarau air masa depan.
"Apabila kami menyemai benih daripada tumbuhan yang dirawat, kami mendapati bahawa anak benih daripada tomato tertekan menunjukkan pemulihan yang lebih baik daripada tekanan air berbanding dengan anak benih daripada tomato kawalan," kata Philippe Nicolas, seorang saintis pasca doktoral di makmal Catalá dan pengarang pertama di atas kertas.
Nicolas berkata mereka mengenal pasti beberapa gen yang ekspresinya disebabkan oleh tekanan air dalam benih matang, yang boleh memainkan peranan penting dalam memberikan toleransi tekanan air kepada generasi tumbuhan akan datang.
Kajian itu mencabar dalam beberapa cara kerana penyelidik melihat buah. Kebanyakan kajian tentang tindak balas tumbuhan terhadap tekanan kemarau meneliti akar dan daun anak benih kerana ia agak mudah untuk dikaji.
"Adalah mudah untuk menekankan anak benih, tetapi jika anda menekankan tanaman terlalu banyak maka ia tidak akan berbunga dan menghasilkan buah," kata Catalá. "Selain itu, apabila anda ingin mempelajari buah, anda mesti menanam tumbuhan dewasa, yang memerlukan lebih banyak masa, ruang dan sumber keseluruhan."