Para saintis Universiti California telah menemui data genetik yang akan membantu tanaman makanan seperti tomato dan padi bertahan lebih lama, tempoh kemarau yang lebih sengit di planet kita yang semakin panas.
Sepanjang dekad yang lalu, pasukan penyelidik berusaha untuk mencipta atlas molekul akar tanaman, di mana tumbuhan mula-mula mengesan kesan kemarau dan ancaman alam sekitar yang lain. Dengan berbuat demikian, mereka menemui gen yang boleh digunakan oleh saintis untuk melindungi tumbuhan daripada tekanan ini. Kerja mereka, diterbitkan pada 20 Mei dalam jurnal Cell, mencapai tahap pemahaman yang tinggi tentang fungsi akar kerana ia menggabungkan data genetik daripada sel-sel berbeza akar tomato yang ditanam di dalam dan di luar.
"Selalunya, penyelidik melakukan eksperimen makmal dan rumah hijau, tetapi petani menanam sesuatu di lapangan, dan data ini melihat sampel lapangan juga," kata Neelima Sinha, profesor biologi tumbuhan UC Davis dan pengarang bersama kertas itu. Data tersebut menghasilkan maklumat tentang gen yang memberitahu tumbuhan untuk membuat tiga perkara utama.
Xilem ialah saluran berongga seperti paip yang mengangkut air dan nutrien dari akar sehingga ke pucuk. Tanpa pengangkutan dalam xilem, tumbuhan tidak boleh mencipta makanan sendiri melalui fotosintesis. "Xylem sangat penting untuk menyokong tumbuhan terhadap kemarau serta garam dan tekanan lain, " kata pengarang utama kajian Siobhan Brady, seorang profesor biologi tumbuhan di UC Davis.
Sebaliknya, tanpa pengangkutan mineral tumbuhan dalam xilem, manusia dan haiwan lain akan mempunyai lebih sedikit vitamin dan nutrien penting untuk kelangsungan hidup kita. Sebagai tambahan kepada beberapa pemain biasa yang diperlukan untuk membentuk xilem, gen baru dan mengejutkan ditemui.
Set gen utama kedua ialah gen yang mengarahkan lapisan luar akar untuk menghasilkan lignin dan suberin. Suberin adalah bahan utama dalam gabus dan ia mengelilingi sel tumbuhan dalam lapisan tebal, menahan air semasa kemarau. Tanaman seperti tomato dan padi mempunyai suberin dalam akar. Buah epal mempunyai suberin yang mengelilingi sel luarnya. Di mana sahaja ia berlaku, ia menghalang tumbuhan daripada kehilangan air. Lignin juga kalis air sel dan menyediakan sokongan mekanikal.
"Suberin dan lignin adalah bentuk semula jadi perlindungan kemarau, dan kini gen yang mengekod untuk mereka dalam lapisan sel yang sangat spesifik ini telah dikenal pasti, sebatian ini boleh dipertingkatkan," kata pengarang bersama kajian Julia Bailey-Serres, UC Profesor genetik tepi sungai. “Saya teruja kami telah belajar banyak tentang gen yang mengawal selia lapisan penghalang kelembapan ini. Ia sangat penting untuk dapat meningkatkan toleransi kemarau untuk tanaman,” katanya.
Gen yang mengekod untuk meristem akar tumbuhan juga ternyata sangat serupa antara tomato, beras, dan Arabidopsis, tumbuhan model seperti rumpai. Meristem ialah hujung pertumbuhan setiap akar, dan ia merupakan sumber semua sel yang membentuk akar.
“Rantau inilah yang akan menghasilkan sisa akar, dan berfungsi sebagai niche sel stemnya,” kata Bailey-Serres. "Ia menentukan sifat akar itu sendiri, seperti berapa besarnya. Mempunyai pengetahuan mengenainya boleh membantu kami membangunkan sistem akar yang lebih baik.”
Brady menjelaskan bahawa apabila petani berminat dengan tanaman tertentu, mereka memilih tumbuhan yang mempunyai ciri-ciri yang mereka boleh lihat, seperti buah-buahan yang lebih besar dan lebih menarik. Lebih sukar bagi penternak untuk memilih tumbuhan dengan sifat di bawah tanah yang tidak dapat dilihat.
"Separuh tersembunyi" tumbuhan, di bawah tanah, adalah penting untuk dipertimbangkan oleh penternak jika mereka ingin menanam tumbuhan dengan jayanya," kata Brady. "Kemampuan mengubah suai meristem akar tumbuhan akan membantu kami merekayasa tanaman dengan sifat yang lebih diingini."
Walaupun kajian ini menganalisis hanya tiga tumbuhan, pasukan percaya penemuan itu boleh digunakan secara lebih meluas. "Tomato dan beras dipisahkan oleh lebih daripada 125 juta tahun evolusi, namun kami masih melihat persamaan antara gen yang mengawal ciri utama," kata Bailey-Serres. "Kemungkinan persamaan ini berlaku untuk tanaman lain juga."