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科学家揭开植物根系分支获取水分的秘密
日期:2019-01-14 作者:编译:赵静娟 来源:农科智库 点击:
     新的研究结果显示,科学家们发现了植物根系是如何感知到土壤中的水分,并调整自己的形态,以达到获取水分的最佳状态。
    这一发现或可让研究人员培育出最能适应诸如水资源短缺等各种气候状况的作物,以保证未来的粮食安全。
    以上研究成果发表于《科学》期刊(Science),主要内容为诺丁汉大学(University of Nottingham)和杜伦大学(University of Durham)的合作团队研发的新分子机制,主要资金来源为生物技术和生物科学研究委员会(BBSRC)的联合奖学金。
    根系能帮助植物获取土壤中的水分和可溶性营养物,因此对植物十分重要。而水分是植物生长的必备要素,但是不断变化的气候状况让植物从土壤中获取水分变得越来越难。虽然植物能够改变自己的根构型以适应不同的土壤状况,然而直到目前为止,其背后的原理仍然是个迷。
    只有利用适应性反应“向水生根模式”(hydropatterning)与土壤水分进行直接接触时,根分支才会形成。诺丁汉大学的马尔科姆·本尼特(Malcolm Bennett)教授与杜伦大学生物科学系(Department of Biosciences)的阿里·萨达南顿(Ari Sadanandom)教授共同发现了向水生根模式由一个叫做ARF7的分支主导基因控制。他们的团队观察到,缺少ARF7的植物根系便无法再实施向水生根模式。研究人员认为,如果植物根系能够获得充足水分,ARF7就能保持活性,促进形成根分支;而如果根系暴露在空气中,ARF7就会发生变化,失去活性,妨碍形成根分支。
    萨达南顿教授解释道:“因为植物基本没法移动,因此生长发育大部分都依赖于所处的环境。我们的研究已经确认某种特殊的蛋白质可以更改根分支的形成、甚至让其失去活性,从而限制植物的生长。”
    “这个发现非常激动人心,因为它让我们看到了更改这一蛋白质互动的可能性,这样就算环境恶劣比如缺乏水分,我们也能培育出在这种环境下持续形成根分支的植物。”
    本尼特教授总结道:“水对植物的生长至关重要,也是植物最终能存活下去的必备要素。但是这么多年来,科学家一直没能搞明白植物是怎样感知到水源的,这一点很让人惊讶。我们通过研究植物根系如何在水资源短缺的环境下更改自己的分支体系,最终发现了全新的分子机制。这代表科学界向前迈进了一大步,为育种人员打开了新的大门,有利于他们培育出更好适应环境变化的新作物,保证全球粮食安全。”
    粮食安全是全球必须面对的一个严峻问题。为了与全球人口增长相适应,作物产量必须在2050年前增长一倍。这一目标正在变得越来越具有挑战性,因为气候变化对水资源短缺造成了巨大影响,而全球也在呼吁减少使用肥料,让农事生产对环境可持续性发展减小影响。不论是哪种情况,如果能培育出提高水分和营养摄取效率的作物,就能为达成这一目标提供一种解决之道。
(来源:英国诺丁汉大学  北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道)
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