Schrenkiella parvula是十字花科的一種雜亂無(wú)章的分支成員，它不僅能在會(huì)殺死大多數(shù)植物的條件下生存而且能茁壯成長(zhǎng)。據(jù)了解，它生長(zhǎng)在土耳其圖茲湖岸邊，那里水中的鹽濃度可能比海洋中的鹽濃度都要高出五倍。在2022年5月2日發(fā)表在《Nature Plants》上的一篇論文中，斯坦福大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，在這些壓力條件下，Schrenkiella parvula實(shí)際上生長(zhǎng)的更快。

斯坦福大學(xué)生物學(xué)副教授José Dinneny是該研究的論文第一作者，他指出：“大多數(shù)植物都會(huì)產(chǎn)生一種應(yīng)激激素，其作用就像生長(zhǎng)的停止信號(hào)。但在這種極端植物中，它是一個(gè)綠燈。植物在應(yīng)對(duì)這種壓力激素時(shí)加速生長(zhǎng)?！?/p>

Dinneny和他的同事正在研究Schrenkiella parvula以了解更多關(guān)于一些植物如何應(yīng)對(duì)不利條件。他們的研究結(jié)果將可以幫助科學(xué)家設(shè)計(jì)出能在低質(zhì)量土壤中生長(zhǎng)并適應(yīng)氣候變化壓力的農(nóng)作物。

索爾克研究所的博士后研究員、演技論文第一作者Ying Sun指出：“隨著氣候變化，我們不能指望環(huán)境保持不變。我們的農(nóng)作物將不得不適應(yīng)這些快速變化的條件。如果我們能夠了解植物用于耐受壓力的機(jī)制，我們就能幫助它們更好更快地做到這一點(diǎn)。”

一個(gè)意外的反應(yīng)

Schrenkiella parvula是十字花科的一個(gè)成員，該科包含卷心菜、西蘭花、蘿卜和其他重要的糧食作物。在氣候變化預(yù)計(jì)會(huì)增加干旱的持續(xù)時(shí)間和強(qiáng)度的地區(qū)，如果這些作物能夠經(jīng)受住甚至在這些干旱期茁壯成長(zhǎng)那將是非常有價(jià)值的。

當(dāng)植物遇到干燥、鹽分過(guò)高或寒冷的條件時(shí)--所有這些都會(huì)產(chǎn)生跟水有關(guān)的壓力--它們會(huì)產(chǎn)生一種叫做脫落酸(ABA)的荷爾蒙。這種激素會(huì)激活特定的基因，基本上是在告訴植物需要如何應(yīng)對(duì)。研究人員檢查了十字花科的幾種植物--包括Schrenkiella parvula--如何對(duì)ABA做出反應(yīng)。當(dāng)其他植物的生長(zhǎng)放緩或停止時(shí)，Schrenkiella parvula的根部生長(zhǎng)速度得到明顯加快。

雖然Schrenkiella parvula跟該研究中的其他植物密切相關(guān)并且有一個(gè)非常相似大小的基因組，但ABA正在激活其遺傳密碼的不同部分以創(chuàng)造一個(gè)完全不同的行為。

Dinneny表示：“該網(wǎng)絡(luò)的重新布線至少部分地解釋了為什么我們?cè)谀蛪何锓N中得到這些不同的生長(zhǎng)反應(yīng)?！?/p>

設(shè)計(jì)未來(lái)的作物

Dinneny稱，了解這種應(yīng)激反應(yīng)--以及如何在其他物種中設(shè)計(jì)它--可能不僅僅有助于糧食作物。Schrenkiella parvula也跟幾個(gè)油菜品種有關(guān)，這些油菜品種有可能被設(shè)計(jì)成可持續(xù)的航空燃料或其他生物燃料的來(lái)源。如果這些植物能適應(yīng)在更惡劣的環(huán)境條件下生長(zhǎng)則就會(huì)有更多的土地可以用來(lái)栽培它們。

Dinneny說(shuō)道：“你希望在不適合種植糧食的土地上種植生物能源作物--如土壤退化或因灌溉不當(dāng)而積累了鹽分的農(nóng)田。這些地區(qū)不是主要的農(nóng)業(yè)地產(chǎn)，而是會(huì)被遺棄的土地?！?/p>

眼下，Dinneny和他的同事們正在繼續(xù)研究可以幫助植物在極端條件下生存的反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。在已經(jīng)了解了副腎上腺素如何在有限的水和高鹽度的情況下維持其生長(zhǎng)，他們將嘗試通過(guò)調(diào)整哪些基因被ABA激活以使相關(guān)植物也能做到這一點(diǎn)。

“我們正在試圖了解這些植物物種的秘訣是什么--是什么讓它們?cè)谶@些獨(dú)特的環(huán)境中生長(zhǎng)，以及我們?nèi)绾卫眠@些知識(shí)在我們的作物中設(shè)計(jì)特定的性狀，”Dinney說(shuō)道。