加利福尼亞大學的科學家們發現了基因數據,這些數據將幫助西紅柿和大米等糧食作物在我們變暖的星球上生存更長時間、更嚴重的干旱時期。
在過去的十年中,研究小組試圖創建作物根部的分子圖譜,植物首先在其中檢測乾旱和其他環境威脅的影響。透過這樣做,他們發現了科學家可以用來保護植物免受這些壓力的基因。他們的作品發表於 20 月 XNUMX 日的期刊上 細胞,實現了對根功能的高度了解,因為它結合了室內和室外生長的番茄根的不同細胞的遺傳數據。
「研究人員通常會在實驗室和溫室中進行實驗,但農民會在田間種植作物,這些數據也會查看田間樣本,」加州大學戴維斯分校植物生物學教授、論文的合著者Neelima Sinha 說。這些數據產生了有關基因的信息,這些基因告訴植物製造三種關鍵物質。
木質部是中空的管狀容器,將水和養分從根部一直輸送到芽。如果沒有木質部的運輸,植物就無法透過光合作用創造自己的食物。 「木質部對於支撐植物抵禦乾旱、鹽和其他脅迫非常重要,」該研究的主要作者、加州大學戴維斯分校植物生物學教授 Siobhan Brady 說。
反過來,如果木質部沒有植物礦物質的運輸,人類和其他動物的生存所必需的維生素和營養物質就會減少。除了形成木質部所需的一些典型參與者之外,還發現了令人驚訝的新基因。
第二組關鍵基因是指那些引導根外層產生木質素和木栓質的基因。木栓質是軟木塞中的關鍵物質,它以厚厚的一層包裹著植物細胞,在乾旱期間保持水分。番茄和水稻等農作物的根部含有木栓質。蘋果果實的外細胞周圍有木栓質。無論它發生在哪裡,它都能防止植物失水。木質素還可以防水細胞並提供機械支撐。
「木栓質和木質素是抗旱的天然形式,現在,在這個非常特定的細胞層中編碼它們的基因已經被鑑定出來,這些化合物可以得到增強,」該研究的合著者、加州大學教授朱莉婭·貝利-塞雷斯(Julia Bailey-Serres)說。河濱遺傳學教授。 「我很高興我們已經了解了很多關於調節這個防潮層的基因的知識。這對於提高作物的耐旱性非常重要,」她說。
番茄、水稻和擬南芥(一種類似雜草的模型植物)之間編碼植物根分生組織的基因也非常相似。分生組織是每個根的生長尖端,它是構成根的所有細胞的來源。
「這個區域將形成根的其餘部分,並作為幹細胞的生態位,」貝利-塞雷斯說。 「它決定了根本身的特性,例如它們能長多大。了解它可以幫助我們發展更好的根系。”
布雷迪解釋說,當農民對某種特定作物感興趣時,他們會選擇具有他們可以看到的特徵的植物,例如更大、更有吸引力的水果。對於育種者來說,選擇具有他們看不到的地下特性的植物要困難得多。
「植物在地下的『隱藏的一半』對於育種者來說是至關重要的,如果他們想要成功種植植物,」布雷迪說。 “能夠改變植物根部的分生組織將有助於我們設計具有更理想特性的作物。”
儘管這項研究只分析了三種植物,但研究小組相信這些發現可以更廣泛地應用。 「番茄和水稻相隔超過 125 億年的進化,但我們仍然看到控制關鍵特徵的基因之間的相似性,」Bailey-Serres 說。 “這些相似之處很可能也適用於其他作物。”