211service.com
Uprawy odporne na toksyczność
Duża część ziem uprawnych na świecie zawiera aluminium, które hamuje plony. Jednak nowe badanie wykazało sposób, aby rośliny rosły wysokie pomimo toksycznego działania metalu. Odkrycie dokonane przez biologów roślin z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside sugeruje, że inżynieria genetyczna może zwiększyć plony z pól, które obecnie nie są idealne do uprawy roślin.
Folia aluminiowa: Kiedy glin w glebie zostaje aktywowany przez warunki kwaśne, uszkadza DNA roślin. W odpowiedzi normalne komórki korzeni zatrzymują się w połowie podziału (górny rząd). Ale w roślinach z mutacją, która czyni je ślepymi na uszkodzenia DNA, komórki korzeni dalej się dzielą, omijając efekty karłowatości glinu (dolny rząd).
Glin jest powszechny w glebach – jest głównym składnikiem gliny – ale tylko w glebach kwaśnych metal tworzy jon, który może rozpuszczać się w cieczach i jest toksyczny dla roślin. Jednak kwaśne gleby stanowią aż połowę światowych ziem uprawnych, a toksyczność glinu jest głównym czynnikiem hamującym wzrost plonów na prawie 20 procentach gleb ornych na świecie, w tym na dużych obszarach Stanów Zjednoczonych na wschód od rzeki Missisipi i północno-zachodniej Europie .
Problem polega na tym, że mamy wszystkie te rośliny uprawne – pszenicę, kukurydzę, jęczmień itd. – które nie wyewoluowały ani nie rozwinęły się na glebach toksycznych dla glinu, kierownik badań i profesor biochemii Paul Larsen mówi. Nie mają naturalnej odporności ani tolerancji na aluminium. Hodowcy roślin pracują nad odmianami, które lepiej radzą sobie z toksycznym aluminium, ale byli w stanie wprowadzić tylko stopniowe ulepszenia, mówi Larsen.
W badaniu w Aktualna biologia Larsen i jego koleżanka Megan Rounds odkryli prostą mutację w pojedynczym genie, która sprawia, że rośliny dobrze prosperują pomimo poziomów aluminium, które normalnie byłyby toksyczne. Larsen i Rounds znaleźli gen o nazwie AtATR, przeczesując mutanty Arabidopsis , członek rodziny gorczycy, która jest powszechnie stosowana w badaniach genetyki roślin. Gen jest powiązany z rodziną białek, o których wiadomo, że pomagają w znajdowaniu i reagowaniu na uszkodzenia DNA w prawie wszystkich organizmach wielokomórkowych.
Wiadomo, że toksyczne jony glinu uszkadzają DNA, a nowe badanie sugeruje, że rośliny reagują blokując wzrost komórek na czubkach korzeni, gdy kumulują zbyt duże uszkodzenia DNA. Rośliny mogły wyewoluować tę reakcję, aby pomóc im przez pokolenia radzić sobie z toksycznymi skutkami aluminium, spekuluje Larsen. Ale na krótką metę oznacza to, że rośliny są mniej zdrowe, karłowate i bardziej podatne na stresory, takie jak susze.
Ale nowo zidentyfikowana mutacja dezaktywuje białko AtATR, więc komórki nie reagują na uszkodzenia DNA, wyłączając podział komórki, omijając w ten sposób ten punkt kontrolny, mówi Larsen. Roślina jest skutecznie ślepa na to, co dzieje się w komórce. Tak więc zmutowane rośliny mogą utrzymać wysoki poziom wzrostu w obecności toksycznego poziomu glinu, nawet jeśli doznają pewnych uszkodzeń DNA.
Larsen mówi, że nie jest jeszcze jasne, jak duże uszkodzenia DNA wytrzymują rośliny. Ale strategia może działać na rzecz krótkoterminowego wzrostu, nawet jeśli poświęciłaby DNA roślin. Aby uniknąć uszkodzeń DNA nagromadzonych przez pokolenia rosnące na glebach bogatych w glin, rolnicy mogli uzyskać nasiona ze zmutowanych roślin hodowanych na glebie wolnej od glinu. Odzwierciedlałoby to sposób, w jaki rolnicy w krajach uprzemysłowionych wykorzystują nasiona hybrydowe z agrobiznesu, zamiast oszczędzać własne nasiona do sadzenia kolejnych pokoleń upraw.
Praca dostarcza pierwszych przekonujących dowodów na mechanizm, który wyjaśnia toksyczny wpływ [aluminium] na wzrost korzeni, mówi biolog roślin Manny Delhaize Centrum Przemysłu Roślin Wspólnoty Naukowo-Przemysłowej w Canberze w Australii. Istnieje wiele teorii na temat tego, w jaki sposób aluminium powstrzymuje wzrost korzeni, a ta praca dostarcza przekonujących dowodów dotyczących zaangażowanego procesu molekularnego. Delhaize mówi, że inną metodą utrzymania wysokiego tempa wzrostu, przy jednoczesnym ograniczeniu uszkodzeń DNA, może być zaprojektowanie roślin tak, aby ich wierzchołki korzeni wydzielały cząsteczki, które dezaktywowałyby AtATR.
Jednak takie ukierunkowane podejście może nie być konieczne, argumentuje Larsen. Nawet po hodowaniu zmutowanych roślin na glebach zawierających glin przez kilka pokoleń, nie ma oczywistych szkodliwych skutków dla wzrostu, żywotności [lub] produkcji nasion, mówi.