Парсимониус в переводе означает «бережливый до скупости», и эта особенность характеризует фенотип кукурузы с экономными корнями
Редко в природе меньше означает лучше. Но это тот случай, когда речь идет корнях кукурузы, произрастающей в засушливых условиях. По словам международной группы исследователей, цитируемых phys.org, под руководством специалистов Кафедры растениеводства из Университета Пенсильвании, США, собраны доказательства «бережливого» корневого фенотипа.
По словам ведущего автора исследования профессора Джонатана Линча, определяемый как «нежелающий использовать ресурсы, скупой или бережливый», является идеальным описанием генетически детерминированных признаков, которые позволяют растениям достигать улучшенного вегетативного роста в неблагоприятных условиях: «Стратегия бережливого укоренения состоит в том, чтобы у растений развивались крутые, экономичные и глубокие корни».
«Крутой» относится к архитектурным особенностям, таким как угол роста: корни устремляются вниз под более острым углом, забираясь глубже, добывая скудные ресурсы влаги и питательных веществ. «Экономный» относится к метаболическим затратам растения кукурузы и включает в себя такие черты, как образование меньшего количества корней и создание корней с внутренними воздушными пространствами (аэренхимой) для уменьшения количества живых клеток.
Линч объяснил, что у растений с фенотипом бережливых корней на самом деле меньше корней. Это гарантирует, что немногочисленные образующиеся корни будут и поставлять достаточно ресурсов растению, что особенно важно в условиях стресса засухи.
В качестве дополнительного бонуса, экономный корневой фенотип позволяет растениям накапливать или улавливать больше атмосферного углерода глубже в почве, где он будет оставаться в течение длительного времени, отметил Линч: «Это важное соображение, учитывая, что изменение климата, как ожидается, увеличит частоту и серьезность стресса от засухи в будущем. Мы считаем, что сельскохозяйственные культуры можно сделать более устойчивыми к засухе и лучше улавливать атмосферный углерод в почве, если селекционеры выберут соответствующие корневые фенотипы».
Для проверки гипотезы ученые использовали открытую функционально-структурную имитационную модель растений/почвы под названием OpenSimRoot — инструмент, разработанный в Университетом Пенсильвании, — и смоделировали геометрию корней в трех измерениях с учетом данных о климате и почвы в штате Аойва, США; штате Кадуна, Нигерия; штат Халиско, Мексика. Кукурузу парсимониус сравнивали с эталонным корневым фенотипом кукурузы в условиях богарного и засушливого земледелия.
Исследователи сообщили, что во всех смоделированных средах, где растения кукурузы подвергаются стрессу от засухи, экономный фенотип приводит к увеличению биомассы побегов после 42 дней роста и количество углерода, отложенного ниже 60 см в почве, вдвое больше для фенотипа парсимониус, чем для эталонного, в пяти из шести смоделированных сред.
«Экономные фенотипы кукурузы с крутыми и глубокими корнями давали примерно половину неглубоких осевых корней; углы всех корней были в среднем на 20 градусов круче по сравнению с эталонными фенотипами; плотность ветвления боковых корней (показатель засухоустойчивости, чем меньше, тем лучше) уменьшилась на 50%; а объем аэренхимы (тканей корня, содержащих увеличенные газовые пространства для транспорта воды и питательных веществ) увеличился с 20% до 40%», отмечают авторы исследования.
Эта научная работа указывает путь к созданию устойчивой кукурузы, сказал Линч: «Мы считаем, что рост урожая и глубокая фиксация углерода в почве могут быть улучшены за счет селекции растений кукурузы с меньшим количеством осевых корней, уменьшенной плотностью ветвления боковых корней и большим образованием аэренхимы».
(Источник: phys.org. Фото: Наталья Шаповалова).