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研究植根于水稻抗洪能力

气候变化正在加剧包括洪水在内的极端天气事件的严重性和频率。对许多农民来说,这是一个问题,因为稻米是唯一能抵御洪水的主要粮食作物。然而,发表在《科学》杂志上的一项新研究发现了这种弹性的遗传线索,可以帮助科学家改善其他农作物的前景。

埃默里大学生物学副教授,该研究的主要作者罗杰·迪尔说:“我们的工作是跨物种的最全面的研究,可以深入了解植物对洪水的反应。”“了解洪水耐受力的机制是了解如何在缺乏耐受力的植物中提高耐受力的第一步。”

稻米是从生长在热带地区的野生物种驯化而来的,适应了季风和涝灾。这项科学研究研究了浸入水中的其他农作物与水稻的比较。这些植物包括具有一定耐洪能力的物种,从桶三叶草(类似于苜蓿)到驯化的番茄植物,再到适合沙漠环境的野生番茄。

结果表明,尽管进化将稻谷和其他物种的祖先分离了多达1.8亿年前,但它们都共享至少68个因洪水而激活的基因家族。

Deal说:“这令人惊讶。”“我们认为这些物种在适应潮湿或干燥条件方面会看到不同的基因表达响应。相反,真正不同的是,水稻具有最快速和最同步的响应。相比之下,其他植物的答复是零散而偶然的。”

Deal的研究重点在于植物如何建立和适应其身体。他希望通过深入研究植物系统的发育生物学和遗传学,希望发掘有益于农业和人类健康的秘密。

Marko Bajic是生物学系Emory的研究生,也是遗传学和分子生物学的研究生课程,是该科学论文的合著者。

这项研究是由美国国家科学基金会的植物基因组研究计划资助的一项国际合作。作者包括加州大学戴维斯分校的科学家;加州大学河滨分校;阿根廷的拉普拉塔国立大学和荷兰的乌特勒支大学。

加州大学河滨分校的研究人员进行了水稻植物基因组的洪水实验和分析,加州大学戴维斯分校的科学家对番茄物种也做了同样的处理,而桶三叶草的工作则在埃默里进行了。

结果表明,遗传反应的时机和顺畅性可以解释实验期间植物结果的变化。

在沙漠土壤中生长的野生番茄物种枯萎并在洪水淹没后死亡。

研究小组检查了位于植物根部尖端的细胞,因为根部是洪水的第一响应者。根尖和芽也是植物最大的生长潜力所在。这些区域包含的细胞具有成为植物中其他类型细胞的能力,并可以作为植物和其他生物的修复系统。

该团队进一步深入研究,研究了这些根尖细胞中的基因,以了解其基因在被水覆盖和缺乏氧气时是否被激活以及如何被激活。

加州大学河滨分校的主要作者之一毛里西奥·雷诺索(Mauricio Reynoso)说:“我们研究了DNA指导细胞以前所未有的细节水平产生特定应激反应的方式。”

该小组目前正在计划进行其他研究,以提高因过量水分而死亡和腐烂的植物的存活率。

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