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基因测序发现植物根系生长控制机制,有助于培育新型作物和植物

作者:罗建军 2019-07-16 15:53

隐藏在地下的植物根系网络蜿蜒穿过地球,寻找营养和水分,类似于蠕虫寻找食物。然而,管理土壤根部探测部分的遗传和分子机制仍然很大程度上未知。现在,索尔克研究所的研究人员已经发现了一种基因,可以确定根系在土壤中生长的深浅。

 

该研究结果于2019年7月11日发表在《细胞》杂志上,作为索尔克“植物利用计划”的一部分,该研究还将允许研究人员开发能够帮助对抗气候变化的植物。该计划的目标是种植根系更结实、更深的植物,这些植物可以在地下储存更多的碳,从而更长时间地减少大气中的二氧化碳。索尔克倡议将通过这一大胆的项目从10多个个人和组织那里获得3500多万美元,以促进这一成果。

 

该论文的资深作者、索尔克植物分子和细胞生物学实验室以及其综合生物学实验室的成员、副教授Busch表示:“我们对这一首次发现感到非常兴奋,它将有助于实现利用植物计划的目标。”“减少大气中的二氧化碳浓度是我们这个时代面临的巨大挑战之一,我个人认为,为解决这个问题而努力是非常有意义的。”

 

在这项新工作中,研究人员使用样本植物拟南芥来鉴定基因及其变体,这些基因及其变体调节生长素的作用方式,而生长素是控制根系结构的关键因素。虽然已知生长素几乎影响植物生长的所有方面,但不知道哪些因素决定了它如何特异性地影响根系结构。

 

“为了更好地了解根系生长,我开发并优化了一种研究土壤中植物根系的新方法,”第一作者,Busch实验室的博士后研究员Takehiko Ogura说。“拟南芥的根部非常小,因此它们不容易看见,但通过将植物切成两半,我们可以更好地观察和测量土壤中的根系分布。”

 

研究小组发现,一种名为EXOCYST70A3的基因通过控制生长素途径直接调控根系结构,而不破坏其他途径。EXOCYST70A3通过影响生长素转运蛋白PIN4的分布来达到这一目的。当研究人员改变EXOCYST70A3基因时,他们发现根系的方向发生了变化,更多的根系深入土壤。

 

Ogura教授说:“生物系统极其复杂,因此很难将植物的分子机制与环境反应联系起来。”“通过连接这种基因如何影响根系行为,我们揭示了植物通过生长素途径适应环境变化的重要一步。”

 

除了使研究小组能够培育出根系生长更深并最终储存更多碳的植物外,这一发现还可以帮助科学家了解植物如何应对降雨中的季节性变化,以及如何帮助植物适应不断变化的气候。

 

Busch补充说:“我们希望利用生长素途径的知识来发现更多与这些基因相关的成分,以及它们对根系结构的影响。”“这将帮助我们创造出更好、适应性更强的农作物,如大豆和玉米,农民可以种植这些作物,为不断增长的世界人口生产更多的粮食。”


资料来源:https://www.sciencedaily.com/releases/2019/07/190711141405.htm

封面图源:35斗图库

注:文中如果涉及35斗记者采访的数据,均由受访者提供并确认。

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