由於氣候變遷預計將導致更頻繁的乾旱,研究人員正在越來越多地努力尋找可以幫助植物適應長期缺水壓力的發現。
博伊斯湯普森研究所和康乃爾大學的研究人員完成了第一項研究,全面了解了水果(番茄、Solanum lycopersicum)響應水分脅迫的基因表現變化,確定了可以幫助植物育種者開發能夠應對水分脅迫的水果的基因。乾旱條件。
刊登於《12月號》 植物生理學這項工作由 BTI 助理教授、康乃爾大學綜合植物科學學院 (SIPS) 高級研究員 Carmen Catalá 的研究團隊領導。合作研究人員包括 SIPS 教授 Jocelyn Rose 以及 BTI 教授 Jim Giovannoni、Zhangjun Fei 和 Lukas Mueller,他們也是 SIPS 的兼任教授
「我們在番茄果實中發現了一些與水分脅迫反應有關的基因,」卡塔拉說。 「我們現在可以開始選擇候選基因,幫助育種者開發能夠適應乾旱條件的水果,不僅是西紅柿,還包括葡萄、蘋果和一般的肉質水果。這是這些數據的長期潛在應用。”
研究人員觀察了番茄葉片和六個果實器官(果皮、胎盤、隔膜、小柱、果凍和種子)在兩個不同時間點(生長和成熟果實)和四種不同水分脅迫條件(無、輕度、中度和強的)。
研究人員發現,隨著時間的推移,每個水果器官組織都會以獨特的方式改變。
Catala 說:“受水分脅迫影響的表達基因中,只有不到 1% 在所有六種水果組織中是共有的,而超過 50% 的受影響基因是單一組織所特有的。”
乾旱會引發生理紊亂和果實損失,與此相反,乾旱也有一些正面的影響——至少是輕度乾旱。
例如,研究人員發現水分脅迫會增加成熟水果中番茄紅素的含量。番茄紅素是一種抗氧化劑,已證明對健康有益。缺水的水果也具有更高水平的澱粉生物合成,這可以產生更甜的西紅柿。
研究人員還發現,他們可以「訓練」西紅柿,使其更能抵抗未來的缺水。
Catalá 實驗室的博士後科學家、論文的第一作者Philippe Nicolas 表示:「當我們播種經過處理的植物的種子時,我們發現,與對照番茄的幼苗相比,受脅迫番茄的幼苗在水分脅迫下的恢復能力更好。”
尼古拉斯說,他們鑑定了成熟種子中由水分脅迫誘導表達的幾個基因,這些基因可能在賦予下一代植物水分脅迫耐受性方面發揮重要作用。
這項研究在一些方面具有挑戰性,因為研究人員正在研究水果。大多數植物對乾旱脅迫反應的研究都會檢查幼苗的根和葉,因為它們相對容易研究。
「對幼苗施加壓力相對容易,但如果對植物施加太大壓力,它們就不會開花和結果,」卡塔拉說。 “此外,當你想研究水果時,你必須種植成年植物,這需要更多的時間、空間和整體資源。”