研究人员确定了对适应很重要的基因并确定根是耐旱玉米的关键

由波恩大学领导的一项国际研究现已证明植物根系在玉米中的重要作用，这种作物可以在非常不同的当地条件下成功生长。

在这项研究中，研究人员分析了 9000 多个品种，结果发现它们的根系差异很大——具体取决于每个品种种植地点的干燥程度。

他们还能够识别出一个在植物适应能力中发挥作用的重要基因。该基因可能是开发更好应对气候变化的玉米品种的关键品种的关键。

这是一种茎干分枝繁茂的植物。手指长的玉米穗从细长的叶腋长出，每颗玉米穗由十几颗坚硬如石的种子组成。你必须非常仔细地观察才能看出它与世界上最重要的栽培植物之一有亲缘关系。然而，专家们一致认为，大刍草属是所有现代玉米品种的祖先。

墨西哥西南部的农民早在 9000 多年前就开始选择类蜀黍植物的后代，这些植物生产的谷物最多，而且谷物最美味。现代玉米作物就是以这种方式种植了很多代，现在各大洲都种植玉米。

“我们知道，植物的外观在此期间发生了显著变化，例如，玉米穗变得更大、更多产，”波恩大学作物科学与资源保护研究所 (INRES) 的 Frank Hochholdinger 教授解释道。

“然而，到目前为止，人们对根系在驯化期间及其后如何发育的了解相对较少。”

地区越干燥，种植的玉米品种的平均种子根数就越少(黑色图;饼状图显示种子根数最多为 1 个的品种比例(黄色)、种子根数最多为 3 个的品种比例(绿色)和种子根数超过 3 个的品种比例(蓝色)。图片来源：AG Hochholdinger/波恩大学

纸雪茄的根源

现在，由于这项新研究，这一情况已经改变。在过去八年中，参与研究的团队调查了全球约 9,000 个玉米品种和 170 个大刍草品种。研究人员收集种子，将它们放在特殊的棕色纸上，然后将其卷成雪茄形状，直立存放在狭窄的玻璃烧杯中。

霍赫霍丁格说：“发芽后大约 14 天，我们展开纸张，这样我们就可以观察根部的早期发育，而不会受到任何粘附在根部上的土壤的干扰。”

研究人员与 Robert Koller 博士(Forschungszentrum Jülich)领导的研究小组合作，还研究了土壤中的根系生长。为此，他们使用了医学领域更常见的方法——磁共振成像。

结果表明，在大蜀黍驯化为栽培玉米的过程中，根结构发生了根本性的变化。

“在玉米品种中，我们经常在发芽后不久发现种子根，有些品种的种子根多达 10 个或更多，”彭宇博士解释说，他是 INRES 埃米·诺特研究小组的负责人，最近接受了慕尼黑工业大学的教授职位。“但大刍草的情况并非如此。”

种子根使幼苗在最佳条件下具有初步优势：它们使它们能够非常迅速地从土壤中吸收大量养分。 “然而，我们注意到另一种类型的根——侧根——因此受到影响，”于说。

侧根对于水分的吸收尤其重要，因为它们极大地扩大了根部表面。这可能就是为什么种子根的数量因品种而异的原因：适应干旱条件的玉米品种的种子根明显较少，而侧根较多。过去，农民在培育这些品种时，在不知不觉中选择了导致这种根结构发育的植物。

已鉴定出 160 个候选基因

研究人员还调查了哪些遗传物质负责种子根的生长，并鉴定出 160 多个候选基因。 “然后我们更详细地研究了其中一个名为 ZmHb77 的基因，”Hochholdinger 说。 “我们注意到带有这种基因的植物长出更多的种子，同时侧根也更少。”

研究人员故意关闭了一些植物的这种基因，并能够改变根部结构，使它们能够更好地耐受干旱期。“因此，这种基因对于培育耐旱品种非常重要，”研究人员解释说。“鉴于气候变化，如果我们想避免未来越来越多的农作物歉收，这些品种将变得越来越重要。”