平凡的大麦也有“逆袭”天赋

　　

植物的根严格向下生长(超向重力)。

根系对农业产量的重要性常常被低估。根系能否有效获得水分和养分也决定了重要作物对干旱和气候变化的适应力。来自意大利波恩大学和博洛尼亚大学的研究人员发现并描述了一种大麦的突变体:它的根向下长得比平常要厉害得多。这一发现可能为培育更多的抗旱品种提供了一个起点。这项研究发表在《PNAS》上。

大麦是最重要的谷物之一，它的用途从酿造啤酒到大麦、珍珠大麦、大麦薄片和大麦面粉。不久前，博洛尼亚大学的Silvio Salvi教授领导的研究人员发现了一种不同寻常的大麦突变体:它的根不像正常情况下那样横向生长，而是笔直向下生长。研究人员称这种突变体为“超向重力”，意思是它比同类更强烈地遵循重力。波恩大学作物科学与资源保护研究所(INRES)的Frank Hochholdinger教授和Salvi教授带领的团队与其他同事一起调查了潜在的原因。

研究人员将突变株的基因组与正常生长的大麦进行了比较。他们在第5号染色体上发现了一个突变，他们将其命名为“增强的重力性2”(egt2)，意思是“增强的重力取向”。“2”表示该团队还在进行另一项类似突变(egt1)的研究。研究人员通过使用CRISPR/Cas9基因剪刀在正常大麦植株上人工制造这种突变，证明egt2确实对根的垂直生长负责。波恩大学作物科学和资源保护研究所(INRES)的首席作者Gwendolyn K. Kirschner博士说:“结果显示了根系的相似外观。这使我们能够证明我们已经确定了正确的基因。”

研究根也能用核磁共振扫描仪

研究人员在发芽纸或土壤中种植小大麦植物，并使用扫描仪和特殊软件记录下根的角度。他们还使用了Forschungszentrum Jülich的资源:在那里，大麦生长在特殊的“花盆”中，可以放进核磁共振扫描仪。利用磁共振成像技术，研究人员“透过”土壤，并以这种方式记录了根系的生长。

有egt2突变的植物对重力的影响远比正常标本敏感。研究人员通过将大麦幼苗的根部与重力方向成90度角来证明这一点。Kirschner博士说:“这导致突变体的根明显比没有突变的比较样本更倾向于重力方向生长。”

突变是罕见的

这种突变并不经常发生。“许多突变体的根较短或缺失，”Hochholdinger说。“但具有不同根角的突变是相对罕见的发现。”在与来自英国诺维奇约翰英尼斯中心的研究人员的合作中，该团队能够证明小麦植物中也存在一种非常相似的突变体。“这表明该基因在进化上是保守的，”Hochholdinger报告说。这意味着该基因不仅在大麦中发挥着重要作用，而且在其他重要谷物中也发挥着重要作用。

据研究人员称，这种突变的发现为培育新品种提供了一个潜在的起点。Hochholdinger解释说:“当涉及到利用水资源和更深层的流动营养时，更垂直的根系是有利的。”相反，根系的宽度可以穿透更大体积的土壤，因此可以在更大的面积上获取养分，使植物更稳定。因此，哪个根系能提供更好的条件以获得更好的产量取决于个体的位置。在干旱地区，可能需要更垂直的根，在营养更差的地区可能需要较浅的张开的根。

育种抗旱品种的起点

“到目前为止，在育种过程中，根在很大程度上被忽视了，”Hochholdinger说。但随着气候变化导致干旱加剧，根系的结构在未来可能非常重要。因此，垂直根突变体可能在培育适应气候变化的品种中发挥作用。研究人员尚未能够破译该基因的确切分子功能。然而，目前波恩大学的研究人员正在研究EGT2蛋白参与了哪些信号通路。

原文检索：10.1073 / pnas.2101526118