破解耐旱稻的核心生理和分子特征
研究人員進行實地實驗。圖片來源：Amelia Henry 博士，國際水稻研究所，Los Ba?os，拉古納，菲律賓
在哥斯達黎加，一只玻璃翅蝶在花叢中覓食。這些蝴蝶非凡的透明度使它們能夠“隱形”，而它們翅膀的防眩光涂層有助于防止它們被翅膀上的任何眩光所散發。
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研究將基因表達模式與提高水稻耐旱性的性狀聯系起來。
對于南亞和東南亞的許多小農來說，大米不僅僅是一種主食，更是一種生計。幾代小農僅依靠降雨來灌溉莊稼，但氣候變化導致的旱季日益頻繁和嚴重，使水稻生產面臨巨大壓力。這些地區種植的一些傳統水稻品種已經適應了干旱條件，可能是制定干旱條件下提高水稻產量戰略的關鍵：“如果我們能夠確定傳統水稻品種的抗旱基因，我們就可以利用這些知識用于培育新的、產量更穩定、抗旱的水稻品種，”Simon“Niels”Groen 博士說，他是《植物細胞》上發表的一項令人興奮的新研究的第一作者。
在菲律賓進行的一項為期兩年、涉及數千株水稻的田間試驗中，格羅恩博士和他的同事們著手這樣做。使用一組 20 種不同的水稻品種，其中一些已知能很好地抵抗干旱，該團隊探索了干旱條件如何影響水稻的基因表達模式，干旱脅迫的水稻植物如何協調其根和芽之間的基因表達，以及這些基因表達模式如何與使植物在干燥條件下更具彈性的特性相關聯。
為了獲得用于研究的根系材料，該團隊不得不使用鎬和錘子敲開堅硬的土壤。正如 Groen 博士所說，“這就像尋找黃金！” 他們的努力得到了回報。該團隊確定了一系列與干旱條件下水稻植株適應性相關的性狀，例如冠根密度增加。干旱對根中基因表達模式的影響比對芽的影響更大，但研究小組確定了與根和芽的耐旱性相關的共表達基因模塊。其中許多模塊包括以前與提高耐旱性相關的基因，例如參與根到莖的水分運輸和光合作用的基因，其中一個模塊包含已知參與與土壤中的叢枝菌根真菌相互作用的基因。
研究小組希望他們研究中確定的基因模塊能夠指導培育具有抗逆力的水稻品種，從而緩解更熱、更干燥的世界帶來的一些壓力：“我們可以親眼看到干旱如何影響水稻生產，最重要的是，該地區小農的生活。這讓我們明白了我們為什么要進行我們正在做的研究。”
參考：“進化系統生物學揭示了水稻適應干旱農業生態系統的模式”，作者 Simon C Groen、Zoe Joly-Lopez、Adrian E Platts、Cute Nativity、Zoe Fresquez、William M Mauck、III、Marinell R Quintana、Carlo Leo U Cabral、Rolando O Torres、Rahul Satija、Michael D Purugganan 和 Amelia Henry，2021 年 11 月 15 日，植物細胞
DOI: 10.1093/plcell/coab275
資助：美國國家科學基金會植物基因組研究計劃、紐約大學阿布扎比研究所、加州大學河濱分校
