番茄植株在干旱期间如何利用根部配给水分

植物必须具有灵活性才能在环境变化中生存， 它们所采用的适应方法也必须经常随着它们所适应的气候和条件的变化而变化。为了应对干旱，植物根部会产生一种叫做木栓质的防水聚合物，它可以阻止水流向叶子，从而使水分迅速蒸发。如果没有木栓质，所产生的水分流失就像让水龙头一直开着一样。

在一些植物中，木栓质是由排列在根部导管内的内胚层细胞产生的。但在其他植物中，比如西红柿，木栓质是在位于根部皮肤正下方的外皮细胞中产生的。

外皮木栓质的作用长期以来一直不为人知，但加州大学戴维斯分校的研究人员于 1 月 2 日在《 自然植物》杂志 上发表的一项新研究表明，它与内胚层木栓质具有相同的功能，如果没有它，番茄植物就会应对水分胁迫的能力较差。这些信息可以帮助科学家设计抗旱作物。

加州大学戴维斯分校植物生物学和基因组中心教授、该论文的资深作者Siobhan Brady表示：“这将外皮木栓质添加到我们的工具箱中，帮助植物延长生存时间并应对干旱。” “这几乎就像一个拼图游戏——如果你能找出哪些细胞进行了修饰，可以在困难的环境条件下保护植物，你就可以开始问这样的问题，如果你将这些防御层层叠加，是否会让植物变得更健康?”更强?

在这项新研究中，博士后学者 Alex Cantó-Pastor 与 Brady 和一个国际合作者团队合作，揭示了外皮木栓质的作用，并绘制了调节其产生的遗传途径。

结合新方法和经典方法

“这实际上是经典和前沿方法的融合，让我们既可以观察单个细胞中发生的过程， 也 可以观察整个植物中所看到的过程，”布雷迪说。“所以从超级小到非常非常大。”

Brady、Cantó-Pastor 和同事首先鉴定了根外皮细胞积极使用的所有基因。然后，他们进行基因编辑，以创建番茄植物突变株，这些突变株缺乏他们怀疑可能与木栓质生产有关的几个基因的功能版本。他们发现了木栓质沉积所必需的七个基因。

接下来，研究人员通过将一些突变番茄植株暴露于十天的干旱中，测试了外皮木栓质在耐旱性中的作用。在这些实验中，研究人员重点关注了两个基因：SIASFT(一种参与木栓质生产的酶)和 SlMYB92(一种控制参与木栓质生产的其他基因表达的转录因子)。

实验证实，这两个基因对于木栓质的产生是必需的，如果没有它们，番茄植株应对水分胁迫的能力就会降低。当浇水充足时，突变植物与正常植物一样生长，但在十天没有水的情况下，它们变得明显更加枯萎。

“在这两种情况下，如果这些基因发生突变，植物就会承受更大的压力，并且无法应对干旱条件，”布雷迪说。

在展示了木栓质在温室环境中的价值后，研究人员现在计划在田间测试木栓质的抗旱潜力。

布雷迪说：“我们一直在努力利用这一发现并将其应用到田间，以尝试使西红柿更加耐旱。”

该论文的其他作者包括：加州大学戴维斯分校的 Lidor Shaar-Moshe、Concepción Manzano、Sharon Gray、He Yang、Sana Mohammad、Niba Nirmal、G. Alex Mason、Mona Gouran、Kaisa Kajala、Kenneth A. Shackel、Donnelly A.韦斯特和尼莉玛·辛哈;Prakash Timilsena 和 Song Li，弗吉尼亚理工大学;Damien De Bellis、Robertas Ursache 和 Niko Geldner，瑞士洛桑大学;Julia Holbein、Kiran Suresh 和 Rochus Benni Franke，德国波恩莱茵弗里德里希-威廉大学;Alexander T. Borowsky 和 ​​Julia Bailey-Serres，加州大学河滨分校。

这项工作得到了国家科学基金会和霍华德休斯医学研究所的支持。

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