캘리포니아 대학 과학자들은 토마토와 쌀과 같은 식량 작물이 온난화되는 지구에서 더 길고 더 심한 가뭄 기간 동안 생존하는 데 도움이 되는 유전 데이터를 발견했습니다.
지난 20년 동안 연구팀은 식물이 가뭄 및 기타 환경 위협의 영향을 먼저 감지하는 작물 뿌리의 분자 지도를 만들기 위해 노력했습니다. 그렇게 함으로써 과학자들이 이러한 스트레스로부터 식물을 보호하는 데 사용할 수 있는 유전자를 발견했습니다. 저널에 XNUMX월 XNUMX일 게재된 그들의 작업 세포, 실내외에서 자라는 다양한 토마토 뿌리 세포의 유전 데이터를 결합하여 뿌리 기능에 대한 높은 수준의 이해를 달성했습니다.
논문의 공저자이자 UC 데이비스의 식물 생물학 교수인 Neelima Sinha는 "자주 연구자들은 실험실과 온실 실험을 하지만 농부들은 들판에서 작물을 재배하며 이 데이터는 밭 샘플도 살펴봅니다"라고 말했습니다. 데이터는 식물이 세 가지 핵심을 만들도록 지시하는 유전자에 대한 정보를 산출했습니다.
목관은 뿌리에서 싹까지 물과 영양분을 운반하는 속이 빈 파이프 모양의 용기입니다. 목부에서 수송이 없으면 식물은 광합성을 통해 스스로 양분을 만들 수 없습니다. 수석 연구 저자인 UC Davis의 식물 생물학 교수인 Siobhan Brady는 "목재는 가뭄, 염분 및 기타 스트레스로부터 식물을 지탱하는 데 매우 중요합니다."라고 말했습니다.
결과적으로, 목부에서 식물의 미네랄 수송이 없다면, 인간과 다른 동물은 우리의 생존에 필수적인 비타민과 영양소가 줄어들 것입니다. 목부를 형성하는 데 필요한 일부 전형적인 플레이어 외에도 새롭고 놀라운 유전자가 발견되었습니다.
두 번째 핵심 유전자 세트는 뿌리의 바깥층이 리그닌과 수베린을 생산하도록 지시하는 유전자 세트입니다. 수베린은 코르크의 핵심 물질로 식물 세포를 두꺼운 층으로 둘러싸고 있어 가뭄 시 물을 머금고 있습니다. 토마토와 쌀과 같은 작물에는 뿌리에 수베린이 있습니다. 사과 열매는 외부 세포를 둘러싸고 있는 수베린을 가지고 있습니다. 그것이 발생하는 모든 곳에서 식물이 물을 잃는 것을 방지합니다. 리그닌은 또한 세포를 방수 처리하고 기계적 지원을 제공합니다.
공동 저자인 UC Julia Bailey-Serres는 "수베린과 리그닌은 자연적인 형태의 가뭄 보호이며, 이 매우 특정한 세포층에서 이를 암호화하는 유전자가 확인되었기 때문에 이러한 화합물이 향상될 수 있습니다."라고 말했습니다. 리버사이드 유전학 교수. “이 수분 장벽 층을 조절하는 유전자에 대해 많은 것을 알게 되어 기쁩니다. 작물에 대한 가뭄 내성을 향상시킬 수 있는 것은 매우 중요합니다”라고 그녀는 말했습니다.
식물의 뿌리 분열조직을 암호화하는 유전자도 토마토, 벼, 그리고 잡초와 유사한 모델 식물인 Arabidopsis 사이에서 현저하게 유사한 것으로 밝혀졌습니다. 분열 조직은 각 뿌리의 성장하는 끝 부분이며 뿌리를 구성하는 모든 세포의 근원입니다.
Bailey-Serres는 "이 부분은 뿌리의 나머지 부분을 만들고 줄기 세포의 틈새 시장 역할을 할 영역입니다."라고 말했습니다. “그것은 뿌리의 크기와 같은 뿌리 자체의 속성을 나타냅니다. 그것에 대한 지식이 있으면 더 나은 루트 시스템을 개발하는 데 도움이 될 수 있습니다.”
Brady는 농부들이 특정 작물에 관심을 가질 때 더 크고 매력적인 과일과 같이 눈에 보이는 특징이 있는 식물을 선택한다고 설명했습니다. 육종가들이 볼 수 없는 땅 아래에 속성을 가진 식물을 선택하는 것이 훨씬 더 어렵습니다.
"식물의 '숨겨진 반쪽'은 지하에 있다는 사실이 육종가들이 식물을 성공적으로 키우고 싶은지 여부를 고려하는 데 중요합니다."라고 Brady가 말했습니다. "식물 뿌리의 분열 조직을 수정할 수 있다는 것은 우리가 더 바람직한 특성을 가진 작물을 조작하는 데 도움이 될 것입니다."
이 연구는 125개의 식물만을 분석했지만 팀은 이 발견이 더 광범위하게 적용될 수 있다고 믿습니다. Bailey-Serres는 "토마토와 쌀은 XNUMX억 XNUMX만 년 이상의 진화를 거쳐 분리되었지만 주요 특성을 제어하는 유전자 사이에는 여전히 유사점이 있습니다."라고 말했습니다. "이러한 유사성은 다른 작물에도 적용되는 것 같습니다."