Svært at knække forskning afslører, hvordan afgrøderødder trænger ind i hård jord

Et team af forskere ledet af forskere fra University of Western Australia (UWA) og ARC Center of Excellence in Plant Energy Biology (PEB) har afsløret den mekanisme, hvorved afgrøderødder trænger ind i hård jord, et gennembrud, der kan føre til nye strategier for forbedring af afgrødeudbyttet i tørkeudsatte områder.

Forskningen, offentliggjort i tidsskriftet Nature Plants, afslører, hvordan rødderne af modelplanten Arabidopsis thaliana reagerer på mekanisk impedans, såsom hård jord, ved at ændre deres vækstmønstre og igangsætte produktionen af ​​specialiserede proteiner, der hjælper dem med at trænge ind i jorden.

Ved at bruge en kombination af billeddannelsesteknikker, genetiske analyser og biofysiske analyser fandt forskerne ud af, at når rødder støder på hård jord, skifter de fra deres normale, lige vækstmønster til et mere snoet, hvilket giver dem mulighed for at navigere i forhindringerne i jorden.

Derudover producerer rødderne specialiserede proteiner kaldet ekspansiner, som hjælper med at nedbryde cellevæggene og løsne jorden, hvilket gør det lettere for rødderne at trænge ind.

"Vores resultater giver en detaljeret forståelse af de mekanismer, hvorved rødder reagerer på mekanisk impedans og tilbyder potentielle mål for genetisk manipulation for at forbedre rodgennemtrængning og forankring i afgrøder," siger Dr. Ryan de Jonge, en PEB-forsker og medførsteforfatter. af undersøgelsen.

Forskerholdet, herunder Dr. de Jonge, Professor Peter Ho, Dr. Christopher O'Leary og Dr. Anna Zourelidou, brugte et specialbygget rhizotron-billeddannelsessystem til at visualisere rodvækst og udvikling i realtid.

De observerede, at når Arabidopsis-rødder stødte på hård jord, holdt de først op med at vokse, men genoptog væksten efter et par dage, dog i en langsommere hastighed og med et andet vækstmønster.

Forskerne fandt også ud af, at produktionen af ​​ekspansiner blev induceret af den hårde jords mekaniske impedans, og at disse proteiner var essentielle for rodgennemtrængning.

"Denne opdagelse har potentialet til at transformere landbruget i tørkeudsatte regioner, hvor hård jord kan begrænse afgrødeudbyttet alvorligt," siger professor Peter Ho, direktør for PEB og medforfatter af undersøgelsen.

"Ved at forstå de mekanismer, hvorved rødder trænger ind i hård jord, kan vi nu udvikle strategier til at forbedre rodvækst og forankring i afgrøder, hvilket kan føre til øget afgrødeudbytte og forbedret fødevaresikkerhed i disse regioner."

Forskerholdet arbejder nu på at identificere de vigtigste genetiske regulatorer for rodgennemtrængning og forankring med det formål at udvikle nye afgrødesorter med forbedrede rodsystemer, der bedre kan modstå tørke og andre miljøbelastninger.