有些植物可以在没有水的情况下存活数月,只有在短暂的倾盆大雨后才能再次变绿。波恩大学和密歇根大学最近的一项研究表明,这并不是由于“奇迹基因”。相反,这种能力是整个基因网络的结果,几乎所有基因也存在于更脆弱的品种中。结果已经出现在网上 植物学报.
在他们的研究中,研究人员仔细观察了波恩大学长期研究的一个物种——复活植物 Craterostigma plantagineum。它的名字非常恰当:在干旱时期,人们可能会认为它已经死了。但即使经历了几个月的干旱,一点点水就足以让它恢复活力。 “在我们的研究所,我们多年来一直在研究植物是如何做到这一点的,”波恩大学植物分子生理学和生物技术研究所 (IMBIO) 的 Dorothea Bartels 教授解释道。
她的兴趣包括 基因 负责耐旱性。人们越来越清楚,这种能力并不是单一“奇迹基因”的结果。相反,涉及到很多基因,其中大多数也存在于不能很好应对干旱的物种中。
植物的每条染色体有八个拷贝
在当前的研究中,Bartel 的团队与美国密歇根大学的研究人员一起分析了 Craterostigma plantagineum 的完整基因组。这是相当复杂的:虽然大多数动物的每条染色体都有两份——一份来自母亲,一份来自父亲——而 Craterostigma 有八份。这样的“八重”基因组也称为八倍体。相比之下,我们人类是二倍体。
“这种遗传信息的倍增可以在许多 工厂 是在以下情况下发展起来的 极端条件,”巴特尔斯说。但这是为什么呢?可能的原因是:如果一个基因有八个拷贝而不是两个,原则上它的读取速度可以提高四倍。因此,八倍体基因组可以非常快速地生产大量所需的蛋白质。这种能力对于发展也很重要 耐旱性.
在Craterostigma中,一些与耐旱能力更强相关的基因甚至被进一步复制。其中包括所谓的 ELIP——该缩写词代表“早期光诱导蛋白”,因为它们会被光迅速激活并防止氧化应激。它们在所有耐旱物种中以高拷贝数出现。
“Craterostigma 有近 200 个几乎相同的 ELIP 基因,并且位于不同染色体上的十到二十个拷贝的大簇中,”Bartels 解释道。因此,耐旱植物大概可以利用广泛的基因网络,在干旱时可以迅速上调这些基因。
对干旱敏感的物种通常具有相同的基因——尽管拷贝数较低。这也不足为奇:大多数植物的种子和花粉在长时间没有水后通常仍然能够发芽。因此,他们还有一个基因计划来抵御干旱。 “然而,这个程序通常在发芽时关闭,之后无法重新激活,”植物学家解释道。 “相比之下,在复活植物中,它仍然活跃。”
大多数物种“可以”耐受干旱
那么,耐旱性是绝大多数植物“都能做到的”。赋予这种能力的基因可能在进化过程的早期就出现了。然而,这些网络在耐旱物种中更为有效,而且不仅仅在生命周期的某些阶段活跃。
也就是说,并非 Craterostigma plantagineum 中的每个细胞都具有相同的“干旱程序”。参与这项研究的杜塞尔多夫大学的研究人员也证明了这一点。例如,在干燥期间,不同的干旱网络基因在根中的活性与在叶子中的活性不同。这一发现并不意外:例如,叶子需要保护自己免受阳光的破坏性影响。例如,他们在这方面得到了 ELIP 的帮助。有了足够的水分,植物就会形成至少部分吸收辐射的光合色素。这种自然保护在干旱期间基本上会失效。相比之下,根部则不必担心晒伤。
这项研究加深了人们对为什么有些人 种类 很少受到干旱的影响。从长远来看,它可能有助于培育小麦或玉米等能够更好应对气候变化的作物。 干旱。在气候变化时期,未来这些产品的需求可能会比以往任何时候都更大。