加利福尼亚大学的科学家发现了基因数据,这些数据将有助于西红柿和水稻等粮食作物在我们日益变暖的星球上存活更长时间、更严重的干旱期。
在过去的十年中,研究小组试图创建作物根部的分子图谱,植物首先在其中检测干旱和其他环境威胁的影响。通过这样做,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。他们的作品发表于 20 月 XNUMX 日的期刊上 手机,实现了对根功能的高度了解,因为它结合了室内和室外生长的番茄根的不同细胞的遗传数据。
“研究人员通常会在实验室和温室中进行实验,但农民会在田间种植作物,这些数据也会查看田间样本,”加州大学戴维斯分校植物生物学教授、该论文的合著者 Neelima Sinha 说。这些数据产生了有关基因的信息,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,将水和养分从根部一直输送到芽。如果没有木质部的运输,植物就无法通过光合作用创造自己的食物。 “木质部对于支撑植物抵御干旱、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植物生物学教授西沃恩·布雷迪 (Siobhan Brady) 说。
反过来,如果木质部没有植物矿物质的运输,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。除了形成木质部所需的一些典型参与者之外,还发现了令人惊讶的新基因。
第二组关键基因是那些指导根外层产生木质素和木栓质的基因。木栓质是软木塞中的关键物质,它以厚厚的一层包裹着植物细胞,在干旱期间保持水分。西红柿和水稻等农作物的根部含有木栓质。苹果果实的外细胞周围有木栓质。无论它发生在哪里,它都能防止植物失水。木质素还可以防水细胞并提供机械支撑。
“木栓质和木质素是抗旱的天然形式,现在,在这个非常特定的细胞层中编码它们的基因已经被鉴定出来,这些化合物可以得到增强,”该研究的合著者、加州大学教授朱莉娅·贝利-塞雷斯(Julia Bailey-Serres)说。河滨遗传学教授。 “我很高兴我们已经了解了很多关于调节这个防潮层的基因的知识。这对于提高作物的耐旱性非常重要,”她说。
番茄、水稻和拟南芥(一种类似杂草的模型植物)之间编码植物根分生组织的基因也非常相似。分生组织是每个根的生长尖端,它是构成根的所有细胞的来源。
“这个区域将形成根的其余部分,并作为干细胞的生态位,”贝利-塞雷斯说。 “它决定了根本身的特性,比如它们能长多大。了解它可以帮助我们开发更好的根系。”
布雷迪解释说,当农民对某种特定作物感兴趣时,他们会选择具有他们可以看到的特征的植物,例如更大、更有吸引力的水果。对于育种者来说,选择具有他们看不到的地下特性的植物要困难得多。
“植物在地下的‘隐藏的一半’对于育种者来说是至关重要的,如果他们想要成功种植植物,”布雷迪说。 “能够改变植物根部的分生组织将有助于我们设计具有更理想特性的作物。”
尽管这项研究只分析了三种植物,但研究小组相信这些发现可以更广泛地应用。 “番茄和水稻相隔超过 125 亿年的进化,但我们仍然看到控制关键特征的基因之间的相似性,”Bailey-Serres 说。 “这些相似之处很可能也适用于其他作物。”