Forskningen, publicerad i tidskriften Nature Plants, avslöjar hur rötterna av modellväxten Arabidopsis thaliana svarar på mekanisk impedans, såsom hård jord, genom att förändra deras tillväxtmönster och initiera produktionen av specialiserade proteiner som hjälper dem att penetrera jorden.
Med hjälp av en kombination av avbildningstekniker, genetisk analys och biofysiska analyser fann forskarna att när rötter stöter på hård jord, byter de från sitt normala, raka tillväxtmönster till ett mer slingrande, vilket gör att de kan navigera i hindren i jorden.
Dessutom producerar rötterna specialiserade proteiner som kallas expansiner, som hjälper till att bryta ner cellväggarna och lossa jorden, vilket gör det lättare för rötterna att penetrera.
"Våra fynd ger en detaljerad förståelse av de mekanismer genom vilka rötter svarar på mekanisk impedans och erbjuder potentiella mål för genetisk manipulation för att förbättra rotpenetration och förankring i grödor", säger Dr Ryan de Jonge, en PEB-forskare och medförfattare. av studien.
Forskargruppen, inklusive Dr. de Jonge, Professor Peter Ho, Dr. Christopher O'Leary och Dr. Anna Zourelidou, använde ett specialbyggt rhizotron-avbildningssystem för att visualisera rottillväxt och utveckling i realtid.
De observerade att när Arabidopsis-rötter stötte på hård jord, slutade de till en början att växa, men återupptog sedan tillväxten efter några dagar, om än i långsammare takt och med ett annat tillväxtmönster.
Forskarna fann också att produktionen av expansiner inducerades av den hårda jordens mekaniska impedans och att dessa proteiner var nödvändiga för rotpenetration.
"Denna upptäckt har potential att omvandla jordbruket i områden som är utsatta för torka, där hårda jordar allvarligt kan begränsa skördarna", säger professor Peter Ho, chef för PEB och medförfattare till studien.
"Genom att förstå mekanismerna genom vilka rötter penetrerar hårda jordar kan vi nu utveckla strategier för att förbättra rottillväxt och förankring i grödor, vilket kan leda till ökad skörd och förbättrad livsmedelssäkerhet i dessa regioner."
Forskargruppen arbetar nu med att identifiera de viktigaste genetiska regulatorerna för rotpenetration och förankring, i syfte att utveckla nya grödesorter med förbättrade rotsystem som bättre tål torka och andra miljöpåfrestningar.
