Vědci objevili, jak rostlinné kořeny pronikají do zhutněné půdy pomocí dobře známého inženýrského principu. Tento objev by mohl mít významné důsledky pro budoucí rozvoj plodin, v době, kdy roste tlak na zemědělskou půdu.
Po celém světě se zhutnění půdy stává stále vážnějším problémem. Těžká vozidla a stroje v moderním zemědělství komprimují půdu natolik, že plodiny se obtížně vyvíjejí. V mnoha regionech je tento problém ještě zhoršován suchem spojeným s klimatickými změnami.
Ale rostliny mohou být schopné problém částečně vyřešit samy — s naší malou pomocí. Je již známo, že když se půda stane hustou a obtížnou k proniknutí, rostliny reagují tím, že ztlustí své kořeny. Dosud však zůstávalo nejasné, jak to dokážou, kromě toho, že rostlinný hormon ethylen hraje klíčovou roli.
Vědci nyní složili mechanismus dohromady. Jejich výsledky byly publikovány v časopise Nature.
„Protože nyní chápeme, jak rostliny ‚ladí‘ své kořeny, když se setkávají se zhutněnou půdou, můžeme je připravit, aby to dělaly efektivněji,“ říká Staffan Persson, profesor na Univerzitě v Kodani a vedoucí autor studie.
„Jinými slovy, kořen mění svou strukturu podle základního inženýrského principu: čím větší je průměr trubky a čím silnější je její zeď, tím lépe odolává prohnutí, když je tlačena do zhutněného materiálu,“ vysvětluje Bipin Pandey, vedoucí autor a docent na Univerzitě v Nottinghamu.
Kombinace zduření kořene a zesílené vnější vrstvy umožňuje kořenu jednat jako určitý biologický klín, usnadňující cestu dolů skrze půdu.
„Je fascinující vidět, jak rostliny čerpají z mechanických konceptů známých z konstrukce a designu, aby řešily biologické výzvy,“ říká Persson.
Studie také odhaluje, jak lze tento mechanismus zesílit: „Naše výsledky ukazují, že zvýšením hladiny specifického proteinu — transkripčního faktoru — se kořen stává schopnějším pronikat do zhutněné půdy. S touto novou znalostí můžeme začít přepracovávat architekturu kořenů tak, aby efektivněji zvládly zhutněné půdy. To otevírá nové možnosti v šlechtění plodin,“ říká první autor Jiao Zhang, postdoktorand na Šanghajské univerzitě Jiao Tong.
I když byly experimenty provedeny na rýži, vědci věří, že mechanismus platí široce napříč rostlinnými druhy. Některé části stejného mechanismu byly identifikovány také u Arabidopsis, což je evolučně vzdálené od rýže.
„Naše výsledky by mohly pomoci vyvinout plodiny, které lépe zvládají růst v půdách zhutněných zemědělskými stroji nebo suchy spojenými s klimatem. To bude klíčové pro budoucí udržitelné zemědělství,“ říká profesor a senior autor Wanqi Liang z Šanghajské univerzity Jiao Tong.
Tato práce také otevírá nové příležitosti v šlechtění rostlin obecně. Tým identifikoval mnoho dalších transkripčních faktorů, které se zdají být klíčovými regulátory produkce celulózy — s dalekosáhlými důsledky pro tvar a strukturu rostlin. Například by mohlo být možné navrhnout rostliny s různými formami, což by prospělo určitým plodinám.
„Transkripční faktory, které jsme objevili, jsou pokladem pro biologii buněčných stěn. Tady je dostatek materiálu, který mě zaměstná až do důchodu,“ uzavírá Persson.
Přispívající instituce zahrnují Šanghajskou univerzitu Jiao Tong; Univerzitu Nottingham; Universidad Argentina de la Empresa; Národní institut pokročilých průmyslových věd a technologií; Zhejiang University; Duke University; Ludwig Maximilian University a Univerzitu v Kodani.
Zdroj: Univerzita v Kodani
