Увеличава се засоляването на почвата

Ново откритие може да помогне за повишаване на устойчивостта на културите

Засоляването на почвата води до провалянето на реколтата в целия свят. Растенията умират или растежът им се забавя. Изследователи от Университета във Вагенинген, Нидерландия са открили, че местен регулаторен протеин насърчава растежа на корените в засолена почва, което позволява на растенията да се развиват при тези неблагоприятни условия. Откритията, публикувани в научното списание Plant Cell, представляват важна основа за по-нататъшни изследвания за разработване на по-устойчиви сортове култури.

Почти една четвърт от всички напоявани земеделски земи са засегнати от засоляване. Повишаването на морското равнище, все по-честото засушаване и повишаването на температурите изострят този проблем.

Засолената почва оказва вредно въздействие върху развитието на страничните корени, казва професорът по физиология на растенията Криста Тестеринк. "Растенията се нуждаят от странични корени, за да абсорбират вода и хранителни вещества. Хормонът, който регулира растежа на страничните корени, се нарича ауксин. Солта възпрепятства способността на растението да разпознава сигналите, които този хормон излъчва, което води до забавяне на развитието на страничните корени. А по-малкият брой странични корени води до влошаване на общото здравословно състояние на растението".

Превключване между хормона и

растежа на страничните корени

Как става така, че някои растителни видове се влияят по-слабо от солния стрес, отколкото други? За да отговорят на този въпрос, изследователите се задълбочават в молекулярния механизъм, който управлява развитието на корените в моделното растение Arabidopsis, известно като кресон. "Предишни изследвания вече разкриха, че протеинът LBD16 служи като превключвател между растителния хормон ауксин и развитието на страничните корени. LBD16 активира гените, отговорни за развитието на страничните корени. В засолена почва може да се очаква, че функционирането на ауксина ще се влоши, но също така може да се очаква, че нивата на протеина LBD16 ще спаднат", обяснява Тестеринк.

Открит е алтернативен път

Изненадващо, изследването показва, че функционирането на ауксина е силно намалено при кресон в солена среда, докато нивата на LBD16 се повишават.

"Това предполага алтернативен път, по който протеинът се движи, което позволява на растението да продължи да произвежда, макар и по-малко, странични корени в солени условия. Успяхме да намерим този път, като открихме друг активатор - протеина ZAT6. Този протеин поема ролята на регулатор на ауксина. Това откритие осигурява важна основа за по-нататъшни изследвания на подобни локални молекулярни мрежи в страничните корени, които помагат на растенията да функционират в стресови ситуации. Не само в условия на засоляване, но също така и при засушаване или топлина. Това може да помогне на селекционерите да променят растежа на корените на растенията, за да създадат по-устойчиви сортове", смята Тестеринк.

Помощ от машинното обучение

Изследователите са използвали машинно обучение при търсенето на активатора LBD16. Аалт-Ян ван Дайк, изследовател от групата по биоинформатика, обяснява как е допринесъл този изчислителен метод. "Съществуват десетки хиляди възможни кандидати, които биха могли да регулират LBD16 в растението. Вие търсите игла в купа сено. По-целенасоченото търсене е възможно благодарение на прогнозите. Захранихме модел за машинно обучение с данни за транскрипционни фактори от експерименти. След това моделът използва модели, за да предскаже дали даден транскрипционен фактор регулира друг или не. Така се стеснява списъкът на възможните кандидати. Провеждането на експериментални тестове ни позволи да идентифицираме ZAT6 като новия регулатор за LBD16", обяснява той.

По-нататъшно развитие на CropXR

Комбинирането на експериментални данни и машинно обучение е новост в света на растителните изследвания, казва Ван Дайк. Този подход ще бъде продължен в изследователския проект CropXR. „В рамките на CropXR през следващото десетилетие ще обединим усилията си с университетите в Утрехт, Делфт и Амстердам (UvA) по отношение на фундаменталните знания и методи за разработване на по-устойчиви култури. Ще използваме, наред с други методи, машинно обучение, съчетано с механистични модели. Това са модели, съдържащи знания за основните физиологични и клетъчни процеси и за причините и следствията. След това прогнозите, направени от тези модели, могат да бъдат проверени с целенасочени експерименти" , допълва Ван Дайк.

Засушаване и повишаване на температурите

В CropXR фокусът не е толкова върху засоляването, а върху други предизвикателства, произтичащи от изменението на климата, като горещините и сушата, казва Тестеринк. "Друг документ, който в момента е достъпен само като предпечат, описва нашето изследване на растежа на корените на растения, подложени на комбинация от топли температури и воден дефицит. Открихме няколко молекулярни фактора, които играят роля. Но за да се предвиди как растенията се справят с тази комбинация от стресови фактори, е необходимо по-обширно проучване. През първите пет години от проекта CropXR ще се съсредоточим върху Arabidopsis. През следващите пет години ще приложим натрупаните знания към хранителни култури. Надяваме се, че това ще ни даде възможност да разработим практически приложими решения в сътрудничество с партньорите в областта", заключава Тестеринк.

Изследователите се задълбочават в молекулярния механизъм, който управлява развитието на корените в моделното растение Arabidopsis, известно като кресон.

Ето как се развиват странични корени при кресона в солена среда