植物高度拉长,弯曲以允许阳光照射到它们的每片叶子上。 尽管观察了这个现象几个世纪,但科学家们并没有完全理解它。 现在,索尔克研究所的科学家们发现,两种植物因子——蛋白质 PIF7 和生长激素生长素——是植物在阴凉处和同时暴露于高温时加速生长的触发因素。 研究所官方网站.
该研究结果于 29 年 2022 月 XNUMX 日发表在《自然通讯》杂志上,将帮助科学家预测植物将如何应对气候变化并提高产量,尽管全球变暖会损害作物。
“目前,我们正在以一定的密度种植农作物,但我们的结果表明,随着气候变化,我们需要降低该密度以优化植物生长,”资深作者、索尔克研究所植物分子主任 Joanne Chory 教授说休斯医学研究所的研究员霍华德和细胞生物学实验室。 “了解植物如何对光和温度作出反应的分子基础将使我们能够微调种植密度以产生最佳产量。”
在发芽期间,幼苗迅速拉长它们的茎,以突破土壤并尽快捕捉阳光。 通常,茎暴露在阳光下后会减慢其生长速度。 但是,如果植物与周围的植物竞争阳光或增加炎热地面和植物叶子之间的距离以应对温度升高,则茎可以迅速再次伸长。 虽然环境条件 - 遮荫和高温 - 都会刺激茎的生长,但它们也会降低产量。
在这项研究中,科学家们比较了同时在阴凉和温暖温度下生长的植物——这些条件模拟了高种植密度和气候变化。 科学家们使用了模式植物拟南芥,以及番茄和烟草的近亲,因为他们有兴趣了解这三种植物是否同样受到这些环境条件的影响。
在这三个物种中,研究小组发现,当植物同时试图避开邻近植物产生的阴影并暴露在更高的温度下时,它们会长得非常高。 在分子水平上,研究人员发现 PIF7 转录因子是一种有助于开启和关闭基因的蛋白质,有助于促进生长。 他们还发现,当作物发现邻近的植物时,生长激素(一种生长激素)的水平会增加,从而促进生长以响应同时更高的温度。 这种协同的 PIF7-生长素途径使植物能够对其环境做出反应并适应寻找最佳生长条件。
一个相关的转录因子,PIF4,也在高温下刺激茎的伸长。 然而,随着阴凉和高温的结合,这个因素不再发挥重要作用。
“我们惊讶地发现 PIF4 并没有发挥重要作用,因为之前的研究已经表明该因素在相关生长情况中的重要性,”该研究的第一作者、索尔克研究所研究员兼副教授 Yogev Burko 说。以色列火山研究所农业研究组织。 “PIF7 是该工厂的主要增长动力,这一事实确实令人惊讶。 有了这些新知识,我们希望能够微调各种作物的生长反应,帮助它们适应气候变化。”
研究人员认为,还有一个尚未发现的因素可以放大 PIF7 和生长素的作用。 他们希望在未来的研究中探索这个未知因素。 Berko 的实验室还将研究如何在作物中优化这一途径。
“全球气温正在上升,因此我们需要能够在这些新条件下生长的粮食作物,”Salk 植物利用倡议和植物生物学主席 Howard H. 和 Maryam R. Newman 的联合负责人 Chori 说。 “我们已经确定了在高温下调节植物生长的关键因素,这将有助于我们种植更多产的作物来养活后代。”