Новый признак помогает растениям формировать более глубокие корни в сухих уплотнённых почвах

Ранее неизвестный признак корней позволяет некоторым злаковым растениям формировать более глубокие корни, способные пробивать сухие, твёрдые, уплотнённые почвы. Исследователи из Penn State предполагают, что использование этого наследуемого признака может привести к созданию сельскохозяйственных культур, лучше приспособленных к изменению климата.

Признак, названный исследователями многослойной корковой склеренхимой (MCS), характеризуется наличием мелких клеток с толстыми стенками непосредственно под поверхностью корней. Корни с генотипом MCS имеют большую концентрацию лигнина — сложного органического полимера, придающего жёсткость.

Большее количество лигнина придаёт корням MCS большую прочность на разрыв и силу изгиба кончика корня по сравнению с генотипами без MCS. Эта дополнительная жёсткость помогает корням проникать в твёрдые слои почвы.

Результаты исследования, опубликованные в Proceedings of the National Academy of Sciences, впечатляют. У генотипов кукурузы с MCS в уплотнённых почвах в полевых условиях корневая система была на 22% глубже, а биомасса побегов — на 39% больше, чем у линий без MCS.

Полевые и тепличные эксперименты

Учёные провели два полевых эксперимента по изучению роста корней и эксперименты в теплице. В полевых условиях выращивали шесть генотипов кукурузы с разным содержанием лигнина в корнях. В теплице в больших контейнерах с уплотнённым слоем почвы выращивали двенадцать генотипов пшеницы и шесть генотипов кукурузы.

Для визуализации анатомии корней использовалась лазерная абляционная томография (LAT) — технология, разработанная исследовательской группой в 2011 году.

Генетика и значение

Исследователи обнаружили генетическую вариацию для MCS у каждого из изученных злаков, а наследуемость была относительно высокой, что позволяет селекционировать этот признак. Среди изученных линий растений MCS присутствовала у 30–50% современных сортов кукурузы, пшеницы и ячменя.

Способность культур, таких как кукуруза, формировать более глубокие корни для поиска воды и питательных веществ и, как следствие, давать больший урожай, может иметь огромное значение для регионов с нехваткой продовольствия, особенно в условиях учащения засух из-за изменения климата.