211service.com
Toxiciteitsbestendige gewassen
Veel van 's werelds akkerland bevat aluminium dat gewassen belemmert. Maar een nieuwe studie heeft een manier gevonden om planten groot te laten worden ondanks de giftige effecten van het metaal. De ontdekking, door plantenbiologen van de Universiteit van Californië, Riverside, suggereert dat genetische manipulatie de opbrengst zou kunnen verhogen van velden die tegenwoordig niet ideaal zijn voor het verbouwen van gewassen.
Aluminium verijdeld: Wanneer aluminium in de bodem wordt geactiveerd door zure omstandigheden, beschadigt het het DNA van planten. Als reactie stoppen normale wortelcellen in het midden van deling (bovenste rij). Maar in planten met een mutatie die hen blind maakt voor de DNA-schade, blijven wortelcellen zich delen, waarbij ze de dwerggroei-effecten van aluminium omzeilen (onderste rij).
Aluminium komt veel voor in bodems - het is een belangrijk bestanddeel van klei - maar alleen in zure bodems vormt het metaal een ion dat kan oplossen in vloeistoffen en dat giftig is voor planten. Zure bodems vormen echter maar liefst de helft van 's werelds akkerland, en aluminiumtoxiciteit is de belangrijkste factor die de groei van gewassen tegenhoudt in bijna 20 procent van 's werelds akkerbouwgronden, inclusief grote delen van de Verenigde Staten ten oosten van de rivier de Mississippi en Noordwest-Europa .
Het probleem is dat we al deze gewassen hebben - tarwe en maïs en gerst enzovoort - die niet zijn geëvolueerd of ontwikkeld op aluminium-toxische bodems, studieleider en professor in de biochemie Paul Larsen zegt. Ze hebben geen natuurlijke weerstand of tolerantie voor aluminium. Plantenveredelaars werken aan het ontwikkelen van soorten die beter kunnen omgaan met giftig aluminium, maar ze hebben alleen stapsgewijze verbeteringen kunnen aanbrengen, zegt Larsen.
In een studie in huidige biologie , hebben Larsen en zijn collega Megan Rounds een eenvoudige mutatie ontdekt in een enkel gen dat ervoor zorgt dat planten gedijen ondanks niveaus van aluminium die normaal giftig zouden zijn. Larsen en Rounds vonden het gen, AtATR genaamd, door mutanten van Arabidopsis , een lid van de mosterdfamilie die veel wordt gebruikt in plantgenetische studies. Het gen is verwant aan een familie van eiwitten waarvan bekend is dat ze helpen bij het vinden van en reageren op DNA-schade in bijna alle meercellige organismen.
Van giftige aluminiumionen is bekend dat ze DNA beschadigen, en de nieuwe studie suggereert dat planten reageren door de groei van cellen in de toppen van hun wortels af te sluiten wanneer ze te veel DNA-schade ophopen. Planten hebben deze reactie mogelijk ontwikkeld om hen generaties lang te helpen om te gaan met de toxische effecten van aluminium, speculeert Larsen. Maar op de korte termijn betekent dit dat de planten minder gezond zijn en achterblijven en kwetsbaarder zijn voor stressfactoren zoals droogte.
Maar de nieuw geïdentificeerde mutatie inactiveert het AtATR-eiwit, zodat cellen niet reageren op DNA-schade door de celdeling uit te schakelen, waardoor dat checkpoint wordt omzeild, zegt Larsen. De plant is effectief blind voor wat er in de cel gebeurt. Dus de gemuteerde planten kunnen hoge groeiniveaus behouden in de aanwezigheid van giftige aluminiumniveaus, zelfs als ze enige DNA-schade oplopen.
Het is nog niet duidelijk hoeveel DNA-schade de planten oplopen, zegt Larsen. Maar de strategie zou de groei op korte termijn kunnen bevorderen, zelfs als het DNA van de planten zou worden opgeofferd. Om te voorkomen dat DNA-schade zich opstapelt gedurende generaties groeien op aluminiumrijke grond, zouden boeren zaden kunnen verkrijgen van gemuteerde planten die op aluminiumvrije grond zijn gekweekt. Dit zou weerspiegelen hoe boeren in geïndustrialiseerde landen hybride zaden van agribusiness gebruiken in plaats van hun eigen zaden te bewaren voor het planten van nieuwe generaties gewassen.
Het werk levert het eerste overtuigende bewijs voor een mechanisme dat het toxische effect van [aluminium] op de wortelgroei verklaart, zegt plantenbioloog Manny Delhaize van de Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization Plant Industry Center, in Canberra, Australië. Er zijn talloze theorieën geweest over hoe aluminium wortelgroei stopt, en dit werk levert overtuigend bewijs met betrekking tot het moleculaire proces dat erbij betrokken is. Delhaize zegt dat een andere methode om de groeisnelheid hoog te houden en eventuele DNA-schade te beperken, zou kunnen zijn om planten zo te manipuleren dat hun wortelpunten moleculen tot expressie brengen die AtATR zouden inactiveren.
Maar zo'n gerichte aanpak is misschien niet nodig, stelt Larsen. Zelfs na het kweken van de gemuteerde planten op aluminiumhoudende bodems gedurende meerdere generaties, zijn er geen duidelijke nadelige effecten op de groei, levensvatbaarheid of zaadproductie, zegt hij.