植物高度拉長,彎曲以允許陽光照射到它們的每片葉子上。 儘管觀察了這個現象幾個世紀,但科學家們並沒有完全理解它。 現在,索爾克研究所的科學家們發現,兩種植物因子——蛋白質 PIF7 和生長激素生長素——是植物在陰涼處和同時暴露於高溫時加速生長的觸發因素。 研究院官方網站.
該研究結果於 29 年 2022 月 XNUMX 日發表在《自然通訊》雜誌上,將幫助科學家預測植物將如何應對氣候變化並提高產量,儘管全球變暖會損害作物。
“目前,我們正在以一定的密度種植農作物,但我們的結果表明,隨著氣候變化,我們需要降低該密度以優化植物生長,”資深作者、索爾克研究所植物分子主任 Joanne Chory 教授說休斯醫學研究所的研究員霍華德和細胞生物學實驗室。 “了解植物如何對光和溫度作出反應的分子基礎將使我們能夠微調種植密度以產生最佳產量。”
在發芽期間,幼苗迅速拉長它們的莖,以突破土壤並儘快捕捉陽光。 通常,莖暴露在陽光下後會減慢其生長速度。 但是,如果植物與周圍的植物競爭陽光或增加炎熱地面和植物葉子之間的距離以應對溫度升高,則莖可以迅速再次伸長。 雖然環境條件 - 遮蔭和高溫 - 都會刺激莖的生長,但它們也會降低產量。
在這項研究中,科學家們比較了同時在陰涼和溫暖溫度下生長的植物——這些條件模擬了高種植密度和氣候變化。 科學家們使用了模式植物擬南芥,以及番茄和煙草的近親,因為他們有興趣了解這三種植物是否同樣受到這些環境條件的影響。
在這三個物種中,研究小組發現,當植物同時試圖避開鄰近植物產生的陰影並暴露在更高的溫度下時,它們會長得非常高。 在分子水平上,研究人員發現 PIF7 轉錄因子是一種有助於開啟和關閉基因的蛋白質,有助於促進生長。 他們還發現,當作物發現鄰近的植物時,生長激素(一種生長激素)的水平會增加,從而促進生長以響應同時更高的溫度。 這種協同的 PIF7-生長素途徑使植物能夠對其環境做出反應並適應尋找最佳生長條件。
一個相關的轉錄因子,PIF4,也在高溫下刺激莖的伸長。 然而,隨著陰涼和高溫的結合,這個因素不再發揮重要作用。
“我們驚訝地發現 PIF4 並沒有發揮重要作用,因為之前的研究已經表明該因素在相關生長情況中的重要性,”該研究的第一作者、索爾克研究所研究員兼副教授 Yogev Burko 說。以色列火山研究所農業研究組織。 “PIF7 是該工廠的主要增長動力,這一事實確實令人驚訝。 有了這些新知識,我們希望能夠微調各種作物的生長反應,幫助它們適應氣候變化。”
研究人員認為,還有一個尚未發現的因素可以放大 PIF7 和生長素的作用。 他們希望在未來的研究中探索這個未知因素。 Berko 的實驗室還將研究如何在作物中優化這一途徑。
“全球氣溫正在上升,因此我們需要能夠在這些新條件下生長的糧食作物,”Salk 植物利用倡議和植物生物學主席 Howard H. 和 Maryam R. Newman 的聯合負責人 Chori 說。 “我們已經確定了在高溫下調節植物生長的關鍵因素,這將有助於我們種植更多產的作物來養活後代。”