ジャーナルNature Plantsに掲載されたこの研究は、モデル植物のシロイヌナズナの根の根が、成長パターンを変更し、土壌に浸透するのに役立つ特殊なタンパク質の生産を開始することにより、硬い土壌などの機械的インピーダンスにどのように反応するかを明らかにしています。
イメージング技術、遺伝子分析、および生物物理学的アッセイの組み合わせを使用して、研究者は、根が硬い土壌に遭遇すると、通常のストレート成長パターンからより曲がりくねったパターンに切り替えて、土壌の障害をナビゲートできることを発見しました。
さらに、根はエキスパンシンと呼ばれる特殊なタンパク質を生成し、細胞壁を分解して土壌を緩め、根が浸透しやすくなります。
「我々の発見は、根が機械的インピーダンスに反応し、作物の根の浸透とアンカレッジを改善するための遺伝子操作の潜在的な標的を提供するメカニズムの詳細な理解を提供します」と、PEBの研究員であり、研究の共同著者であるライアン・デ・ジョンゲ博士は述べました。
デ・ジョンジ博士、ピーター・ホー教授、クリストファー・オレアリー博士、アンナ・ゾーレリドウ博士を含む研究チームは、カスタムビルドされたリゾトロンイメージングシステムを使用して、根の成長と開発をリアルタイムで視覚化しました。
彼らは、シロイヌナズナの根が硬い土壌に遭遇したとき、彼らは最初は成長を止めたが、その後数日後に成長を再開したが、より遅い速度で異なる成長パターンで再開したことを観察した。
研究者たちはまた、エクスパンティンの産生が硬い土壌の機械的インピーダンスによって誘発され、これらのタンパク質が根の浸透に不可欠であることを発見しました。
「この発見には、硬い土壌が作物の収穫量を厳しく制限できる干ばつが起こりやすい地域で農業を変革する可能性があります」と、PEBのディレクターであり、研究の共同著者であるピーター・ホー教授は述べています。
「根が硬い土壌に浸透するメカニズムを理解することにより、作物の根の成長と停泊地を改善する戦略を開発することができ、これらの地域の作物の収穫量の増加と食料安全保障の改善につながる可能性があります。」
研究チームは現在、干ばつやその他の環境ストレスに耐えることができる改善された根系を備えた新しい作物品種を開発することを目的として、根の浸透とアンカレッジの重要な遺伝的調節因子の特定に取り組んでいます。
