加州大学河滨分校：拯救世界上最必不可少的谷物的新策略
遗传见解有助于水稻在干旱和洪水的环境下生长
植物就像我们人类一样，具有处理压力的独特技术。为了使地球上最重要的农作物——水稻免于极端的气候波动，科学家正在制定用以应对植物生存压力的策略。
一支由加州大学河滨分校领导的团队了解了水稻植物在面临的两种环境压力：干旱以及水涝。这些观察构成了新的保护策略的基础。
UCR 遗传学家和研究负责人 Julia Bailey-Serres 表示：“这种农作物是人类45%以上的主要卡路里来源，但其收成正面临危险。在美国，每年洪水和干旱都对农民的庄稼造成了巨大的损害。”
虽然水稻可以在洪水泛滥的土壤中蓬勃生长，但在这种情况下产生的可食用大米较少，甚至如果水淹太深太久，则会死亡。团队研究的这项工作模拟了植物在五天或更长时间内被完全浸没的洪水环境，同时也模拟了在干旱条件下的情况。研究人员特别检查了植物根部在两种极端环境下的反应，因为根茎是对洪水和干旱相关环境压力的急救部位。
他们的具体研究内容已在《发育细胞》(Developmental Cell)杂志上发表的新论文中进行了描述。
研究中，一个关键发现是关于一种软木状的物质(suberin)，这是由水稻根部响应环境压力而产生的，它有助于保护植物在洪水或干旱的情况下受到的侵害。
在一片试验地里进行的水稻实验。
(Julia Bailey-Serres/UCR)
Bailey-Serres 解释道：“软木脂是一种脂质分子，可帮助将从根部吸收的任何水分传至芽端，并有助于将从芽中产生的氧气到达根部。如果我们增强植物创造软木脂的能力，水稻将在各种天气环境中都有更好的生存机会。”
研究人员能够识别控制软木脂产生的基因网络，并可以将此信息用于基因编辑或选择性育种。
UCR 计算机生物学家兼研究合著者 Alex Borowsky 说：“对软木脂的了解是特别令人兴奋的，因为它不容易被土壤微生物分解，因此在植物根部被放入软木脂蛋白分子的碳成分能够被锁在地里保存起来。这也意味着通过增加软木脂，我们也有望可以从大气中去除碳并将其储存在植物根部，从而帮助应对气候变化。”
研究人员还确定了控制稻米处理其他压力时的行为的基因。
“一个有趣的发现是，当水稻植物被浸入水中时，根细胞生长周期会停止，然后在芽进入空气后不久就会重新恢复。” Bailey-Serres 说道。
将来，研究小组计划测试要如何修改这些压力反应，才能使植物对潮湿和干燥状况更具弹性。
Bailey-Serses 说道：“如今我们了解了这些反应，我们就相当于有一个路线图来对水稻基因组进行有针对性的更改，这将有助于培育出更能够承受压力的植物。”
尽管随着大雨和干旱的威胁都在增加，但 Bailey-Serres 希望新的遗传技术能够在为时已晚之前提高植物的弹性。
“通过基因组编辑，我们可以进行微小但有针对性的变化并保护植物免受疾病的侵害，这一事实令人惊讶。尽管我们的农作物受到了威胁，但新技术给了我们希望。” Bailey-Serres 说。
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