Генетическая основа спектра экономики корней

Экологи выдвинули гипотезу спектра экономики корней (RES), анализируя компромисс между усвоением и консервацией ресурсов в корневых системах разных растений. У одних видов растений есть более тонкие и экономичные абсорбирующие корни, способствующие быстрому поглощению питательных веществ, но имеющие меньшую продолжительность жизни. У других — более толстые и менее экономичные абсорбирующие корни, для которых характерно медленное поглощение питательных веществ, но большая долговечность. Гипотеза RES отражает корреляции между различными признаками корней, которые могут способствовать адаптации растений к местной среде. RES — одна из ключевых проблем в экологии корней, но его адаптивная роль и генетическая основа остаются в значительной степени неясными.

Недавно профессор Вейле Чэнь из Колледжа наук о жизни Чжэцзянского университета совместно с профессором Томасом Джинджером из Техасского университета в Остине исследовал молекулярную основу RES с точки зрения функциональной генетики. Результаты исследования опубликованы в статье «Генетическая основа спектра экономики корней у многолетней травы» в журнале PNAS 19 ноября 2021 года.

Используя популяцию для генетического картирования местного многолетнего растения просовидного проса (Panicum virgatum), их исследование подтвердило множественные генетические связи между морфологией корней, их ростом и обновлением (оборотом). Замена аллелей, полученных от низменных экотипов, на аллели от возвышенных экотипов снижает стоимость построения корней, но увеличивает оборот абсорбирующих корней. Этот генетический компромисс между стоимостью построения и оборотом, вероятно, способствует локальной адаптации корневой стратегии вдоль градиента климата от теплого к холодному в пределах ареала вида.

Кроме того, надземная биомасса просовидного проса рассматривается как альтернатива ископаемому топливу, а его подземная корневая система помогает хранить в почве углерод, захваченный в процессе фотосинтеза листьев.

«Это исследование не обнаружило прямого конфликта в генетической регуляции между увеличением надземной урожайности и усилением подземного секвестрации углерода у просовидного проса», — сказал Чэнь, добавив, что оно свидетельствует об огромном потенциале этого растения для достижения ситуации «выигрыш-выигрыш» в «сокращении выбросов» и «поглощении углерода».