许多基因参与了“复活”

　　有些植物可以在没有水的情况下存活几个月，只是在短暂的倾盆大雨后又变绿了。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都存在于更脆弱的品种中。研究结果已经提前发表在《The Plant Journal》网络版上。

　　

   

   

灌溉(左)，干燥(中)，然后“复活”(右)。

有些植物可以在没有水的情况下存活几个月，只是在短暂的倾盆大雨后又变绿了。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都存在于更脆弱的品种中。研究结果已经提前发表在《The Plant Journal》网络版上。

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个物种——复活植物Craterostigma plantagineum。它的名字很贴切:在干旱的时候，人们可能会认为它死了。但即使经历了几个月的干旱，一点点水也足以让它复活。“在我们研究所，多年来我们一直在研究植物是如何做到这一点的，”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。

她的兴趣包括负责耐旱性的基因。越来越明显的是，这种能力不是单一的“奇迹基因”的结果。相反，有很多基因参与其中，其中大多数也存在于不太能适应干旱的物种中。

这种植物每条染色体有8个副本

在目前的研究中，Bartel的团队与来自密歇根大学(美国)的研究人员一起分析了Craterostigma plantagineum的完整基因组。这是相当复杂的:虽然大多数动物的每个染色体都有两个副本——一个来自母系，一个来自父系——但Craterostigma有八个。这样的“八倍”基因组也被称为八倍体。相反，我们人类是二倍体。

Bartels说:“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。”为什么呢?一个可能的原因是:如果一个基因有8个拷贝而不是2个，原则上它的读取速度可以提高4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。这种能力似乎对抗旱性的发展也很重要。

在Craterostigma中，一些与更强的耐旱性相关的基因甚至被进一步复制。其中包括所谓的ELIPs——“早期光诱导蛋白”的首字母缩写，因为它们被光迅速打开并抵御氧化应激。它们在所有耐旱物种中都以高拷贝数出现。Bartels解释说:“Craterostigma有近200个ELIPs基因，这些基因几乎完全相同，位于不同染色体上的10个或20个拷贝的大簇中。”因此，耐旱植物可以利用广泛的基因网络，在干旱情况下可以迅速上调。

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没有水的情况下仍然能够发芽。所以它们也有抵御干旱的基因程序。这位植物学家解释说:“然而，这个程序通常在种子萌发时被关闭，之后无法重新激活。相反，在复活植物中，它仍然活跃。”

大多数物种都能“做到”耐旱

那么，耐旱性是绝大多数植物“都能做到的”。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，不仅仅在生命周期的某些阶段才活跃。

也就是说，并不是所有的Craterostigma plantagineum细胞都有相同的“干旱程序”。来自Düsseldorf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，在干燥过程中，根系中的干旱网络基因与叶片中的不同。这一发现并不出乎意料:例如，树叶需要保护自己免受太阳的破坏性影响。例如，他们在这方面得到了ELIPs的帮助。有了足够的水分，植物就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时期基本失效。相比之下，根则不用担心晒伤。

这项研究提高了对为什么一些物种受干旱影响如此之小的理解。因此，从长远来看，它可能有助于培育更能应对干旱的小麦或玉米等作物。在气候变化时期，未来对这些能源的需求可能比以往任何时候都要大。

Core cellular and tissue specific mechanisms enable desiccation tolerance in Craterostigma