Jak susza wpływa na korzenie roślin
W trakcie rozwoju rośliny muszą stale dostosowywać poziom zawartej w nich wody do zmieniających się warunków środowiskowych. Korzenie odgrywają w tym kluczową rolę, związaną z eksploracją środowiska glebowego i poborem wody. Susza może w znacznym stopniu wpływać na funkcjonowanie korzeni poprzez zmianę przepuszczalności komórek (hydraulika) oraz wzrost i architekturę systemu korzeniowego. Białka tworzące kanaliki wodne, noszące nazwę akwaporyn, regulują hydraulikę korzeni w odpowiedzi na wiele bodźców, w tym na stres związany z suszą. Hormony roślinne (tak zwane fitohormony), takie jak auksyna i kwas abscysynowy (ABA), są ważne dla wzrostu i rozwoju korzeni, ponieważ regulują poziom akwaporyn podczas bocznego rozwoju korzeni (LRF). Finansowany ze środków UE projekt DROUGHTROOT, realizowany pod auspicjami programu Horyzont 2020, zintegrował te adaptacyjne reakcje roślin na suszę poprzez zbadanie funkcjonalnych powiązań między architekturą korzeni, akwaporynami i hydrauliką oraz fitohormonami. Celem było kompleksowe zrozumienie, w jaki sposób korzenie roślinne optymalizują pobór wody w warunkach suszy. Zastosowanie modelu roślinnego Badacze wykorzystali modelową roślinę Arabidopsis thaliana (rzodkiewnik pospolity) do zbadania reakcji roślin na stres wodny od poziomu podstawowego LRF do całego korzenia w celu zidentyfikowania złożonych interakcji i szlaków sygnałowych. „Badanie korzeni rzodkiewnika obejmuje unikalne połączenie biologii rozwojowej, genomiki, biofizyki i modelowania matematycznego w celu wykorzystania tej wiedzy w uprawie roślin”, mówi koordynator projektu Christophe Maurel. Naukowcy zastosowali szereg warunków dotyczących stresu wodnego, od stresu łagodnego do silnego, w celu zbadania związku pomiędzy architekturą systemu korzeniowego a jego aktywnością transportową. Wyniki wskazują na podwójną reakcję korzeni na deficyt wody. „Pierwsza z nich to pobudzenie bocznego wzrostu korzeni, architektury korzeni i hydrauliki, które można zaobserwować w warunkach łagodnego stresu wodnego. Wyższy poziom stresu wodnego powodował natomiast ogólne skutki hamujące”, twierdzi Maurel. ABA okazało się mieć pozytywny i tłumiący wpływ zarówno na wzrost korzeni, jak i na hydraulikę w zależności od stężenia. W związku z tym wykazano, że ABA ściśle koordynuje reakcję korzeni na niedobór wody, aby zoptymalizować pobór wody. „W szczególności zauważyliśmy, że korzenie wykazują wyraźną wrażliwość na deficyt wody w zależności od swojego wieku i rangi”, wyjaśnia Maurel. Dane zastosowane do modelu Projekt DROUGHTROOT dostarczył fizjologom roślin i specjalistom od modeli matematycznych ogromnych ilości danych, które zostaną wykorzystane do wcześniej opracowanego funkcjonalnego modelu strukturalnego poboru wody przez korzenie. „Model ten pomoże przewidzieć zachowanie roślin, których struktura korzeniowa lub parametry hydrauliczne uległy zmianie, oraz wyłonić kluczowe elementy lub parametry do badań biologicznych”, zauważa Maurel. W dłuższej perspektywie wiedza ta stworzy hodowcom roślin nowe możliwości, dostarczając im narzędzi i dowodów na słuszność koncepcji ukierunkowanych na szlaki sygnałowe zależne od ABA, które koordynują reakcje korzeni na niedobór wody. Lepsze zrozumienie strategii pozyskiwania wody roślinnej pomoże również zoptymalizować procedury nawadniania. Ogólnie rzecz biorąc, postępy te przyczynią się do poprawy bezpieczeństwa żywności i powstania zrównoważonych praktyk rolniczych przy ograniczonej dostępności wody ze względu na zmiany klimatyczne.
Słowa kluczowe
DROUGHTROOT, woda, rośliny, susza, korzenie, kwas abscysynowy (ABA), akwaporyna, boczne tworzenie się korzeni (LRF), auksyna
