研究者は、植物の重要な遺伝子がエネルギーをより効率的に使用し、より多くの根を成長させ、より多くの水と栄養素を取り込むことを可能にする方法を初めて明らかにしました.
ペンシルバニア州立大学が率いる植物科学者の国際チームは、ノッティンガム大学と協力して、トウモロコシの根がより多くの水と栄養素を獲得できるようにするこの新しい調節遺伝子 (bHLH121 と呼ばれる) を発見しました。 調査結果は、 国立科学アカデミー紀要.
この遺伝子は、生きている根の組織 (根皮質通気組織と呼ばれる) 間の空隙の形成を制御します。 根細胞の大部分を空域に置き換えることで、これらすべての根細胞に栄養を与えるために必要な多くのエネルギーを植物に節約できます. これにより、根の代謝効率が向上し、節約された資源を使用してより多くの根を構築し、より効果的に土壌を探索し、より多くの水と栄養素を取り込むことができます.
この発見は、干ばつや低窒素の土壌条件に耐え、最終的には世界的な食糧不安を緩和する作物の育種につながる可能性があると研究者は示唆しています。
「この遺伝子とその働きを特定することで、気候変動の結果として経験される水と栄養のストレス条件に耐えることができる、より回復力のある作物を作ることができます。 気候変動」と、生物科学学部の作物機能ゲノミクスの助教授であり、BBSRC ディスカバリー フェローである Rahul Bhosale 氏は述べています。
研究チームは、ペンシルベニア州立大学での以前の研究で開発された強力なイメージング ツールを使用して、数千の根の細胞を迅速に測定しました。 アン イメージング技術 このアプローチには、レーザー アブレーション トモグラフィーと呼ばれる技術が不可欠でした。 この最先端のアプローチは、ノッティンガム大学でも利用できるようになりました。
オランダのワーヘニンゲン大学 & リサーチの作物生理学助教授である Hannah Schneider 氏は、次のように述べています。アフリカ」と彼女は言った。 「私はそれらすべての場所で働いていました。 根皮質の気管支組織に関連する遺伝子を見つけたという説得力のある証拠を見ました。」
この研究により、bHLH121 遺伝子を欠く変異トウモロコシ系統では、根の空隙形成が減少することが明らかになりました。 対照的に、bHLH121 を過剰発現させると、より多くの空気層が形成されました。
複数の場所での最適ではない水と窒素の利用可能性の下でのこれらの系統の特徴付けにより、bHLH121遺伝子が必要であることが明らかになりました ルート 空域の形成は、植物育種家が土壌探索が改善された品種を選択するための新しいツールを提供し、最適ではない条件下で収穫量を増やします。
「これらの調査結果は、ペンシルベニア州立大学およびそれを超えて、長年にわたって私たちと協力してきた多くの人々の結果です」と彼は言いました. 「私たちは、空気組織の形質の機能を発見し、それに関連する遺伝子を発見しました。そして、それは、ここペンシルベニア州立大学で考案された技術、例えば、フィールドで根を掘り起こすショベロミクス、レーザー アブレーション トモグラフィー、解剖学などによってもたらされました。パイプライン。 ペンシルベニア州立大学の研究主任であるジョナサン・リンチ教授は、次のように述べています。
重要な形質の背後にある遺伝子を見つけることが役立つため、結果は重要です、とリンチは続けました 植物 干ばつ耐性が向上し、窒素とリンの捕捉が改善され、気候変動に直面した場合に大きな影響を与えます。
「これらは、ここ米国でも世界中でも非常に重要な資質です」と彼は言いました。 「干ばつはトウモロコシ生産者にとって最大のリスクであり、気候変動によって悪化しています。窒素は、財政的および環境的な観点から、トウモロコシを栽培するための最大のコストです。 育種 トウモロコシ 養分をより効率的に除去する系統があれば、大きな発展となるでしょう。」