全球速讯：多基因参与复活

有些植物可以在没有水的情况下存活数月，只有在短暂的倾盆大雨后才会重新变绿。波恩大学和密歇根大学最近的一项研究表明，这不是由于“奇迹基因”。相反，这种能力是整个基因网络的结果，几乎所有这些基因也存在于更脆弱的品种中。该成果已经提前在线发表在《植物杂志》杂志上。印刷版将很快出版。

在他们的研究中，研究人员仔细观察了波恩大学长期研究的一种物种——复活植物 Craterostigma plantagineum。它的名字恰如其分：在干旱时期，人们可能会认为它已经死了。但即使经历了数月的干旱，一点水也足以让它恢复生机。“在我们研究所，我们多年来一直在研究植物如何做到这一点，”波恩大学植物分子生理学和生物技术研究所 (IMBIO) 的 Dorothea Bartels 教授解释说。

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她的兴趣包括负责耐旱性的基因。越来越清楚的是，这种能力不是单一“奇迹基因”的结果。相反，涉及到很多基因，其中大部分也存在于不能很好地应对干旱的物种中。

该植物的每条染色体有八个拷贝

在当前的研究中，Bartel 的团队与来自密歇根大学()的研究人员一起分析了车前草的完整基因组。这是非常复杂的：虽然大多数动物的每条染色体都有两份拷贝——一份来自母亲，一份来自父亲——但 Craterostigma 有八份。这种“八倍”的基因组也被称为八倍体。相比之下，我们人类是二倍体。

“在许多在极端条件下进化的植物中可以观察到这种遗传信息的倍增，”巴特尔斯说。但这是为什么呢?一个可能的原因是：如果一个基因有八个拷贝而不是两个，原则上它的读取速度可以提高四倍。因此，八倍体基因组可以非常快速地产生大量所需的蛋白质。这种能力似乎对耐旱性的发展也很重要。

在 Craterostigma 中，一些与更耐旱性相关的基因甚至被进一步复制。这些包括所谓的 ELIPs - 首字母缩写词代表“早期光诱导蛋白”，因为它们被光迅速打开并防止氧化应激。它们以高拷贝数出现在所有耐旱物种中。“Craterostigma 有近 200 个 ELIP 基因，这些基因几乎相同，并且位于不同染色体上的 10 或 20 个拷贝的大簇中，”Bartels 解释说。因此，耐旱植物大概可以利用广泛的基因网络，它们可以在干旱情况下迅速上调这些基因。

对干旱敏感的物种通常具有相同的基因——尽管拷贝数较低。这也不足为奇：大多数植物的种子和花粉在长时间缺水后通常仍能发芽。所以他们也有一个基因程序来防止干旱。“然而，该程序通常在发芽时关闭，之后无法重新激活，”植物学家解释道。“相比之下，在复活植物中，它仍然活跃。”

大多数物种“可以做到”耐旱

因此，耐旱性是绝大多数植物“可以做到”的事情。赋予这种能力的基因可能在进化过程中很早就出现了。然而，这些网络在耐旱物种中更有效，而且不仅在生命周期的某些阶段活跃。

也就是说，并非 Craterostigma plantagineum 中的每个细胞都具有相同的“干旱程序”。杜塞尔多夫大学的研究人员也参与了这项研究，他们证明了这一点。例如，不同的干旱网络基因在干燥过程中在根中比在叶子中活跃。这一发现并不出人意料：例如，树叶需要保护自己免受太阳的破坏性影响。例如，ELIP 在这方面帮助了他们。在充足的水分下，植物会形成至少部分吸收辐射的光合色素。这种自然保护在干旱期间基本上失效。相比之下，根不必担心晒伤。

该研究加深了人们对为什么某些物种很少遭受干旱的理解。因此，从长远来看，它可能有助于培育出能够更好地应对干旱的小麦或玉米等作物。在气候变化时期，未来对这些产品的需求可能比以往任何时候都大。