由于气候变化预计将导致更频繁的干旱,研究人员正在越来越多地努力寻找可以帮助植物适应长期缺水压力的发现。
博伊斯·汤普森研究所和康奈尔大学的研究人员完成了第一项研究,全面了解了水果(番茄、Solanum lycopersicum)响应水分胁迫的基因表达变化,确定了可以帮助植物育种者开发能够应对水分胁迫的水果的基因。干旱条件。
发表于《12月号》 植物生理学这项工作由 BTI 助理教授、康奈尔大学综合植物科学学院 (SIPS) 高级研究员 Carmen Catalá 的研究团队领导。合作研究人员包括 SIPS 教授 Jocelyn Rose 以及 BTI 教授 Jim Giovannoni、Zhangjun Fei 和 Lukas Mueller,他们也是 SIPS 的兼职教授
“我们在番茄果实中发现了一些与水分胁迫反应有关的基因,”卡塔拉说。 “我们现在可以开始选择候选基因,帮助育种者开发能够适应干旱条件的水果,不仅是西红柿,还包括葡萄、苹果和一般的肉质水果。这是这些数据的长期潜在应用。”
研究人员观察了番茄叶片和六个果实器官(果皮、胎盘、隔膜、小柱、果冻和种子)在两个不同时间点(生长和成熟果实)和四种不同水分胁迫条件(无、轻度、中度和强的)。
研究人员发现,随着时间的推移,每个水果器官组织都会以独特的方式发生变化。
Catala 说:“受水分胁迫影响的表达基因中,只有不到 1% 在所有六种水果组织中是共有的,而超过 50% 的受影响基因是单个组织所特有的。”
干旱会引发生理紊乱和果实损失,与此相反,干旱也有一些积极的影响——至少是轻度干旱。
例如,研究人员发现水分胁迫会增加成熟水果中番茄红素的含量。番茄红素是一种抗氧化剂,已证明对健康有益。缺水的水果也具有更高水平的淀粉生物合成,这可以产生更甜的西红柿。
研究人员还发现,他们可以“训练”西红柿,使其更能抵抗未来的缺水。
Catalá 实验室的博士后科学家、该论文的第一作者 Philippe Nicolas 表示:“当我们播种经过处理的植物的种子时,我们发现,与对照番茄的幼苗相比,受胁迫番茄的幼苗在水分胁迫下的恢复能力更好。”
尼古拉斯说,他们鉴定了成熟种子中由水分胁迫诱导表达的几个基因,这些基因可能在赋予下一代植物水分胁迫耐受性方面发挥重要作用。
这项研究在一些方面具有挑战性,因为研究人员正在研究水果。大多数植物对干旱胁迫反应的研究都会检查幼苗的根和叶,因为它们相对容易研究。
“对幼苗施加压力相对容易,但如果对植物施加太大压力,它们就不会开花和结果,”卡塔拉说。 “此外,当你想研究水果时,你必须种植成年植物,这需要更多的时间、空间和整体资源。”