Výzkum ukazuje, jak rostlinné kořeny pronikají zhutněnou půdou
Výzkumníci objevili, jak rostlinné kořeny pronikají zhutněnou půdou pomocí dobře známého inženýrského principu. Tento objev by mohl mít zásadní dopad na budoucí vývoj plodin v době, kdy roste tlak na zemědělskou půdu.
Na celém světě se zhutnění půdy stává stále vážnějším problémem. Těžká vozidla a stroje v moderním zemědělství komprimují půdu do takové míry, že plodiny mají potíže s růstem. V mnoha regionech je problém zhoršován suchem spojeným se změnou klimatu.
Ale rostliny by si s částí problému mohly poradit samy – s malou pomocí od nás. Již bylo známo, že když se půda stane hustou a obtížně proniknutelnou, rostliny mohou reagovat zhuštěním svých kořenů. Dosud však zůstávalo nejasné, jak to zvládají, kromě toho, že rostlinný hormon ethylen hraje klíčovou roli.
Nyní výzkumníci poskládali mechanismus dohromady. Jejich výsledky byly publikovány v časopise Nature. „Protože nyní rozumíme tomu, jak rostliny ‚ladí‘ své kořeny, když se setkávají se zhutněnou půdou, můžeme je připravit, aby to dělaly efektivněji,“ říká Staffan Persson, profesor na Kodaňské univerzitě a hlavní autor studie.
„Jinými slovy, kořen mění svou strukturu podle základního inženýrského principu: čím větší je průměr potrubí a čím silnější je jeho vnější stěna, tím lépe odolává deformaci, když je tlačeno do kompaktního materiálu,“ vysvětluje Bipin Pandey, senior autor a docent na University of Nottingham.
Kombinace zhuštění kořene a zesílené vnější vrstvy umožňuje kořeni fungovat jako jakýsi biologický klín, což usnadňuje jeho cestu dolů do půdy. „Je fascinující vidět, jak rostliny čerpají z mechanických konceptů známých ze stavebnictví a designu, aby vyřešily biologické výzvy,“ říká Persson.
Studie také odhaluje, jak lze tento mechanismus zesílit: „Naše výsledky ukazují, že zvýšením hladin specifického proteinu – transkripčního faktoru – se kořen stává lépe schopen pronikat kompaktní půdou. S těmito novými znalostmi můžeme začít přepracovávat architekturu kořenů, abychom účinněji zvládli zhutněné půdy. To otevírá nové možnosti v šlechtění plodin,“ dodává první autor Jiao Zhang, postdoktorand na Šanghajské univerzitě Jiao Tong.
Ačkoli byly experimenty prováděny na rýži, výzkumníci se domnívají, že mechanismus platí široce napříč rostlinnými druhy. Části stejných mechanismů byly také identifikovány u Arabidopsis, což je evolučně odlišné od rýže. „Naše výsledky by mohly pomoci vyvinout plodiny, které jsou lépe vybaveny pro růst v půdách zhutněných zemědělskou technikou nebo suchem souvisejícím se změnou klimatu. To bude rozhodující pro budoucí udržitelné zemědělství,“ říká profesor Wanqi Liang, senior autor ze Šanghajské univerzity Jiao Tong.
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 formu a strukturu rostlin. Například by mohlo být možné navrhnout rostliny s různými tvary, které by mohly prospět určitým plodinám.
„Transkripční faktory, které jsme objevili, jsou pokladem pro biologii buněčných stěn. Je tu víc než dost na to, aby mě to udrželo zaujatého až do důchodu,“ uzavírá Persson.
