世界各地的科學家都不確定為什麼植物對病原體的防禦能力會隨著溫度的升高而減弱。 然而,治愈可能在於遺傳學。
長期以來,科學家們一直試圖了解為什麼當溫度升高時植物更容易受到疾病的侵襲。
雖然相關研究正在進行中,但來自世界各地大學的一組研究人員正在尋找方法來恢復植物在炎熱天氣中抵禦病原體的能力。
隨著氣候變化的加速,我們將面臨在實驗室中學習並將其更快地投入實地的壓力。 如果不更多地接受轉基因植物,我看不出我們將如何做到這一點。- Marc Nishimura,科羅拉多州立大學植物免疫研究員
“植物在溫暖的溫度下會受到更多的感染,因為它們的基礎免疫水平下降,”領導該研究小組的杜克大學植物生物學家Sheng-Yang He說。 “所以我們想知道,植物是如何感受熱量的? 我們真的可以修復它以使植物具有耐熱性嗎?”
研究,發表在《自然》雜誌上,重點關注擬南芥,一種被廣泛稱為鼠耳水芹的不起眼的雜草,被認為是 “植物生物學家的植物實驗鼠。 擬南芥在路邊、開闊的道路和空地上茁壯成長,由於其生命週期短、基因組短且易於修改,因此被用於世界範圍內的實驗。
請參見:研究植物對環境壓力源的反應是可持續農業的關鍵科學家們表示,擬南芥的主要防禦激素是水楊酸,包括主要農作物在內的許多植物都使用它來抵抗疾病。 然而,當溫度升高幾度時,水楊酸的生產可能會中斷。
“極端的天氣條件 有關聯 氣候變化 影響動植物生命的許多方面,包括對傳染病的反應,”研究人員寫道。 “水楊酸是一種中樞植物防禦激素,特別容易受到高於植物正常生長溫度範圍的短時間炎熱天氣通過未知機制抑制的影響。”
經過多年的實驗室工作,研究人員分離出了 CBP60g 基因,該基因可以在溫度升高時抑制植物中水楊酸激素的產生,從而中和植物的防禦機制。 該解決方案在基因上繞過了該基因,以恢復植物在更高溫度下的防禦能力。
“這是一項多年和多機構的努力,”加拿大威爾弗里德勞里爾大學的生物學家、該研究的合著者克里斯蒂安·丹夫·卡斯特羅弗德 (Christian Danve Castroverde) 告訴 Olive Oil Times.
“2013 年,[我們] 發現短期高溫會顯著影響擬南芥植物抵抗丁香假單胞菌感染的激素防禦能力,”他補充道。 “又過了幾年,我們最終成功地確定了擬南芥免疫如何被溫暖的溫度條件抑制的分子基礎。”
研究人員在實驗室中通過添加一個繞過該基因 “發起人。 短的 DNA 序列迫使基因轉錄(將 DNA 序列複製到 RNA 分子中),從而恢復擬南芥產生水楊酸激素的能力。
“包括水楊酸受體和生物合成基因在內,優化的 CBP60g 表達足以在升高的生長溫度下廣泛恢復水楊酸的產生、基礎免疫和效應觸發的免疫,而無需顯著的生長權衡,”研究人員寫道。
請參見:研究人員致力於確定最適合高溫的橄欖品種該團隊已經開始測試對油菜等糧食作物的基因改造。 他們還計劃試驗更多的作物,包括小麥和土豆。 然而,Castroverde 表示,在大規模應用修復之前,需要進行大量的實地研究。
“許多植物都有類似CBP60g的基因,其中很多具有製造水楊酸的能力,”他說。 “看起來植物的武器庫中已經有了武器。 我們現在的挑戰就是利用這種力量。 在農業應用方面,我相信我們必須等到我們在田間試驗中取得成功的結果。”
儘管如此,研究小組提出的恢復植物免疫系統的具體解決方案的前提是消費者已準備好接受對其食物進行更多的基因操作。
“As 氣候變化加速,我們將面臨在實驗室學習東西並將它們更快地轉移到該領域的壓力,”科羅拉多州立大學植物免疫專家 Marc Nishimura 說,他沒有參與這項研究。 “如果不更多地接受轉基因植物,我看不出我們將如何做到這一點。”
另一個 研究 香港中文大學的研究人員於 20 月發表警告稱,由於臭氧污染和氣候變化的影響,到 2050 年全球農作物產量可能下降 -%
儘管他們成功地恢復了擬南芥對熱的防禦,但研究人員強調了這樣一個事實,即在理解氣候變暖如何影響植物免疫系統的有效性方面的差距是 “未來農業生產力、生態系統保護和新的植物病害流行病的出現的關鍵問題。”
然而,他們補充說,他們的結果表明作物在未來會變得更具抗性。
“我們能夠使整個植物的免疫系統在溫暖的溫度下更加強大,”杜克大學的植物生物學家何說。 “如果這對農作物也是如此,那將是一件大事,因為那時我們就有了非常強大的武器。”