Forskere identificerer gen, der er vigtigt for tilpasning og fastslår, at rødder er nøglen til tørketolerant majs

Rødder i papircigarer

Dette har nu ændret sig takket være den nye undersøgelse. I løbet af de sidste otte år har de deltagende forskergrupper undersøgt omkring 9.000 sorter af majs og 170 sorter af teosinte rundt om i verden. Forskerne indsamlede frø og placerede dem på specielt brunt papir, som derefter blev rullet til en cigarform og opbevaret opretstående i smalle glasbægre.

"Omkring 14 dage efter spiring rullede vi papiret ud, så vi kunne observere røddernes tidlige udvikling uden indblanding fra jord, der klæbet til dem," siger Hochholdinger.

I samarbejde med en forskergruppe ledet af Dr. Robert Koller (Forschungszentrum Jülich) undersøgte forskerne også rodvækst i jord. De brugte en metode, der er mere almindeligt kendt fra medicinområdet til dette formål - magnetisk resonansbilleddannelse.

Resultaterne viste, hvordan rodstrukturen har ændret sig radikalt under domesticeringen af ​​teosinte til dyrket majs.

"I majssorterne finder vi ofte sædrødder kort efter spiring - med så mange som 10 eller flere af disse rødder i nogle sorter," forklarer Dr. Peng Yu, der er leder af en Emmy Noether-forskningsgruppe ved INRES og for nylig har tog imod tilbuddet om et professorat ved TU München. "Dette er ikke tilfældet med teosinte."

Sædrødder giver frøplanterne en indledende fordel under optimale forhold:De sætter dem i stand til at optage store mængder næringsstoffer fra jorden meget hurtigt. "Men vi bemærkede, at en anden type rod - siderødderne - lider som en konsekvens," siger Yu.

Siderødder er især vigtige for optagelsen af ​​vand, fordi de i høj grad forstørrer rodoverfladen. Dette er formentlig grunden til, at antallet af sædrødder varierer betydeligt afhængigt af sorten:Majssorter, der har tilpasset sig tørre forhold, får væsentligt færre sædrødder og flere siderødder. Når de forædlede disse sorter, valgte landmænd i fortiden ubevidst planter, der har ført til udviklingen af ​​denne rodstruktur.

160 kandidatgener identificeret

Forskerne undersøgte også, hvilket genetisk materiale der var ansvarlig for væksten af ​​sædrødder og var i stand til at identificere mere end 160 kandidatgener. "Vi studerede derefter et af disse gener ved navn ZmHb77 mere detaljeret," siger Hochholdinger. "Vi bemærkede, at planter med dette gen voksede mere sædvanlige og samtidig færre siderødder."

Forskerne slukkede bevidst dette gen i nogle planter og var i stand til at ændre rodstrukturen, så de bedre kunne tåle tørkeperioder. "Dette gen er således vigtigt for forædling af tørketolerante sorter," forklarer forskeren. "I lyset af klimaændringer vil disse sorter blive stadig vigtigere, hvis vi vil undgå flere og flere afgrødesvigt i fremtiden."

Flere oplysninger: Peng Yu et al, Frøplanterodsystemtilpasning til vandtilgængelighed under majs-tæmning og global ekspansion, Nature Genetics (2024). DOI:10.1038/s41588-024-01761-3

Journaloplysninger: Naturgenetik

Leveret af University of Bonn