Kako biljke guraju korijenje kroz tvrdo tlo?
Ovo otkriće moglo bi imati utjecaj na budući razvoj usjeva u vrijeme kada pritisak na poljoprivredno zemljište stalno raste
Diljem svijeta zbijanje tla postaje sve ozbiljniji problem. Teška vozila i mehanizacija u suvremenoj poljoprivredi sabijaju tlo do te mjere da usjevi imaju poteškoća s rastom. U mnogim je regijama taj problem dodatno pogoršan sušama povezanima s klimatskim promjenama.
Čini se da biljke, uz malu pomoć čovjeka, mogu same riješiti barem dio tog problema. Već je poznato da, kada tlo postane gusto i zbijeno, biljke mogu reagirati zadebljanjem korijena. Dosad, međutim, nije bilo jasno kako točno u tome uspijevaju, osim spoznaje da biljni hormon etilen ima ključnu ulogu. Istraživači su sada razjasnili mehanizam koji stoji iza tog procesa, a njihovi rezultati objavljeni su u časopisu Nature.
„Budući da sada razumijemo kako biljke ‘podešavaju’ svoje korijenje kada naiđu na zbijeno tlo, možemo ih potaknuti da to čine učinkovitije“, kaže Staffan Persson, profesor na Sveučilištu u Kopenhagenu i glavni autor istraživanja.
„Drugim riječima, korijen mijenja svoju strukturu u skladu s osnovnim inženjerskim načelom: što je promjer cijevi veći i što je njezina vanjska stijenka čvršća, to bolje može odoljeti izvijanju kada se gura u zbijeni materijal“, objašnjava Bipin Pandey, suautor studije i izvanredni profesor na Sveučilištu u Nottinghamu.
Kombinacija bubrenja korijena i ojačanog vanjskog sloja omogućuje da se korijen ponaša poput biološkog klina, olakšavajući si put prema dolje kroz tlo.
„Zanimljivo je vidjeti kako biljke koriste mehaničke koncepte poznate iz građevinarstva i dizajna kako bi riješile biološke izazove“, kaže Persson.
Istraživanje također otkriva kako se taj mehanizam može dodatno pojačati. „Naši rezultati pokazuju da povećanjem razine određenog proteina, odnosno transkripcijskog faktora, korijen postaje sposobniji za prodiranje u zbijeno tlo. S tim novim znanjem možemo početi preoblikovati arhitekturu korijena kako bi se učinkovitije nosila sa zbijenim tlima. To otvara nove mogućnosti u oplemenjivanju usjeva“, kaže Jiao Zhang, postdoktorandica na Sveučilištu Shanghai Jiao Tong.
Iako su pokusi provedeni na riži, istraživači vjeruju da se mehanizam široko primjenjuje među biljnim vrstama. Dijelovi istog mehanizma identificirani su i kod biljke Arabidopsis, koja je evolucijski udaljena od riže.
„Naši rezultati mogli bi pomoći u razvoju usjeva koji su bolje prilagođeni rastu u tlima zbijenima poljoprivrednom mehanizacijom ili sušama povezanima s klimatskim promjenama. To će biti ključno za buduću održivu poljoprivredu“, kaže suautor Wanqi Liang, profesor na Sveučilištu Shanghai Jiao Tong.
Ovaj rad otvara i nove mogućnosti u oplemenjivanju biljaka općenito. Tim je identificirao i mnoge dodatne transkripcijske faktore koji se čine ključnim regulatorima proizvodnje celuloze, s dalekosežnim posljedicama za oblik i strukturu biljaka. Primjerice, moglo bi postati moguće dizajnirati biljke različitih oblika, što bi moglo koristiti određenim usjevima.
„Transkripcijski faktori koje smo otkrili pravo su blago za biologiju stanične stijenke. Ovdje ima više nego dovoljno materijala da me zaposli sve do mirovine“, zaključuje Persson.