科学家解开长根抗旱小麦植物的钥匙

由于加州大学戴维斯分校的新基因研究，未来在干旱条件下种植小麦可能会更容易。一个国际科学家小组发现，一组特定基因的正确拷贝数可以刺激更长的根系生长，使小麦植物能够从更深的供应中汲取水分。根据发表在《自然通讯》杂志上的一篇论文，由此产生的植物具有更多的生物量并产生更高的谷物产量。

加州大学戴维斯分校植物科学系博士后研究员、该论文的第一作者GiladGabay说，这项研究提供了修改小麦根系结构以承受低水分条件的新工具。

根是提高干旱产量的关键

“根在植物中起着非常重要的作用，”他说。“根部吸收水分和养分以支持植物的生长。这一发现是设计根系以提高小麦干旱条件下产量的有用工具。”

已经为提高小麦产量做了很多工作，但水分胁迫造成的损失会抵消其他方面的进步。能够适应低水条件但产量增加的植物将是在全球变暖的情况下为不断增长的人口种植足够食物的关键。

到目前为止，人们对影响小麦根系结构的基因知之甚少。Gabay所在实验室的项目负责人、杰出教授JorgeDubcovsky说，基因家族(称为OPRIII)的发现以及这些基因的不同拷贝影响根长是重要的一步。

“OPRIII基因的复制导致一种叫做茉莉酸的植物激素的产生增加，这种激素在其他过程中导致侧根的加速产生，”Dubcovsky说。“这些基因的不同剂量可以用来获得不同的根。”

从基因组学到育种

为了获得更长的根系，研究团队使用CRISPR基因编辑技术消除了一些在根系较短的小麦品系中复制的OPRIII基因。相比之下，增加这些基因的拷贝会导致更短和更多的分枝根。但是插入一条黑麦染色体，导致OPRIII小麦基因减少，导致根系变长。

“微调OPRIII基因的剂量可以让我们设计出适应干旱、正常条件和不同情况的根系，”Gabay说。

了解正确的基因组合意味着研究人员可以寻找具有这些自然变异的小麦品种，并进行培育以提供给在低水环境中种植的种植者。

来自植物科学系的JunliZhang、GermánBurguener和TysonHowell以及来自中国农业大学、中国复旦大学、马里兰州霍华德休斯医学研究所、瑞典卡罗林斯卡研究所、圣路易斯国立大学的研究人员对这篇论文做出了贡献阿根廷Martin、阿根廷Chascomús技术研究所、加州大学伯克利分校、以色列海法大学和加州大学河滨分校代谢组学核心设施。