基因发现可能有助于培育适应气候变化的作物

研究人员表示，他们已经了解到植物中的一个关键基因如何使它们能够更有效地利用能量，使它们能够长出更多的根并捕获更多的水和养分。由宾夕法尼亚州立大学领导并与诺丁汉大学合作的国际植物科学家团队发现了这种新型调节基因(称为bHLH121)，它使玉米根能够获得更多的水分和养分。

“转录因子bHLH121调节玉米根皮层通气组织形成”的研究结果发表在PNAS上。

“根部解剖表型提供了一条有前途但尚未充分开发的途径，可以通过改善水和养分的吸收来显着提高作物的产量和气候适应能力。例如，根皮质通气组织(RCA)的形成通过降低根组织的代谢成本来显着增加土壤探索和资源捕获。研究此类表型的一个关键瓶颈是缺乏强大的高通量解剖表型平台，”研究人员写道。

“功能研究发现，bHLH121Mu转座子突变株系和CRISPR/Cas9功能丧失突变株系显示RCA形成减少，而与野生型株系相比，过表达株系表现出明显更高的RCA形成。在多种土壤环境中水和氮可用性次佳的情况下对这些品系的表征表明，bHLH121是RCA发育和研究的非生物胁迫形成所必需的。

“bHLH121基因在RCA形成中的重要性的整体功能验证为选择具有改进的土壤探索能力的品种提供了一个功能标记，从而在次优条件下提高产量。”

该基因控制活根组织(根皮层通气组织)之间空气空间的形成。用空气空间取代大部分根细胞可以为植物节省大量能量，否则这些能量是为所有这些根细胞提供营养所需的。这使得根部的代谢效率更高，使它们能够利用节省的资源来建立更多的根部，更有效地探索土壤并捕获更多的水和养分。

研究人员表示，这一发现可能有助于培育能够抵御干旱和低氮土壤条件的作物，并最终缓解全球粮食不安全问题。

“识别这个基因及其工作原理将使我们能够创造出更具弹性的作物，能够承受气候变化导致的水和营养胁迫条件，”拉胡尔·博萨尔(RahulBhosale)说，他是哥伦比亚大学生物科学学院作物功能基因组学助理教授。诺丁汉大学和BBSRC发现研究员。”

研究小组使用宾夕法尼亚州立大学之前的研究中开发的成像工具，快速测量了数千个根中的细胞。激光消融断层扫描技术对于这种方法至关重要，现在诺丁汉大学也可以通过BBSRCAlert资金和美国合作伙伴的支持使用该技术。

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