2021年5月19日
加利福尼亚大学的科学家们发现了一些基因数据，这些数据将帮助番茄和水稻等粮食作物在变暖的地球上存活更长、更严重的干旱时期。
在过去的十年中，研究小组试图建立一个作物根系的分子图谱，植物首先在那里检测到干旱和其他环境威胁的影响。在这样做的过程中，他们发现了科学家可以用来保护植物免受这些压力的基因。
他们的研究成果今天发表在《细胞》杂志上，对番茄根系的功能有了高度的了解，因为它结合了室内和室外生长的番茄根系不同细胞的遗传数据。
“通常，研究人员会在实验室和温室里做实验，但农民在田间种植作物，这些数据也会观察田间样本。”加州大学戴维斯分校的植物生物学教授、该论文的合著者Neelima Sinha说。
这些数据提供了有关基因的信息，这些基因告诉植物制造三种关键物质。
木质部是中空的管状容器，负责将水和营养从根部一路输送到嫩枝。没有木质部的运输，植物就不能通过光合作用创造自己的食物。
“木质部对支撑植物抵御干旱、盐和其他胁迫非常重要，”该研究的主要作者、加州大学戴维斯分校的植物生物学教授西沃汉·布雷迪说。
反过来，如果没有植物矿物质在木质部的运输，人类和其他动物的生存所必需的维生素和营养物质就会减少。除了一些形成木质部所需的典型基因外，还发现了新的令人惊讶的基因。
第二组关键基因是那些指导根的外层产生木质素和软木脂的基因。软木脂是软木中的关键物质，它以厚厚的一层包裹着植物细胞，在干旱时锁住水分。
像番茄和水稻这样的作物的根中含有软木脂。苹果的外层细胞周围有硬脂质。无论它发生在哪里，它都能防止植物失去水分。木质素也防水细胞和提供机械支持。
“素木素和木质素是抗旱的天然形式，现在，在这一非常特殊的细胞层中为它们编码的基因已经被识别出来，这些化合物可以增强。”加州大学河滨分校遗传学教授、研究合著者朱莉娅·贝利-塞雷斯说。
“我很高兴我们已经了解了这么多关于调节这一防潮层的基因。这对于提高作物的耐旱性非常重要。”她说。
为植物的根分生组织编码的基因在番茄、水稻和拟南芥(一种类似杂草的模式植物)之间也被证明非常相似。分生组织是每个根的生长尖端，它是组成根的所有细胞的来源。
“这个区域将形成根的其余部分，并充当其干细胞龛，”Bailey-Serres说。“它决定了根本身的属性，比如它们能长多大。了解它可以帮助我们发展更好的根系。”
布雷迪解释说，当农民对一种特定的作物感兴趣时，他们会选择那些具有他们看得见的特征的作物，比如更大、更有吸引力的果实。更困难的是育种者要选择那些他们看不到的地下特性的植物。
“植物的‘隐藏的一半’在地下，对于育种者来说，如果他们想成功种植一种植物，这是至关重要的。”布雷迪说。“能够改变植物根系的分生组织将帮助我们设计出具有更理想性能的作物。”
尽管这项研究只分析了三种植物，但研究小组认为，这些发现可以应用得更广泛。
“番茄和水稻经过了超过1.25亿年的进化，但我们仍然可以看到控制关键特征的基因之间的相似性。”Bailey-Serres说。“很可能这些相似之处也适用于其他作物。”
来源:https://www.ucr.edu/