某些植物具有长时间不喝水的能力，在一场小雨之后就能恢复到绿色状态。波恩大学和密歇根大学进行的一项联合研究表明，这种独特的特征并非源于单一的“奇迹基因”。相反，这种抗逆性是一个相互联系的基因网络的结果，其中大多数也可以在抗性较低的植物品种中找到。这项研究的结果最近发表在《植物杂志》上。
研究人员彻底检查了波恩大学广泛研究的一种植物，这种复活植物在科学上被称为车前草。它的名字恰如其分地反映了它在干旱时期似乎死而复生的能力。尽管在经历了几个月的缺水之后看起来毫无生气，但这种非凡的植物只需要少量的水就能恢复生机。
“在我们的研究所，我们多年来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的基因。越来越清楚的是，这种能力不是单个“奇迹基因”的结果。相反，有很多基因参与其中，其中大部分基因也存在于不能很好地应对干旱的物种中。
这种植物每条染色体都有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车前草(cratererostigma plantagineum)的完整基因组。这是相当复杂的:虽然大多数动物每条染色体都有两个副本——一个来自母亲，一个来自父亲——但陨石坑柱头有八个。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。
巴特尔斯说:“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。”为什么会这样呢?一个可能的原因是:如果一个基因有8个拷贝而不是2个，那么它的读取速度原则上可以提高4倍。因此，八倍体基因组可以非常迅速地产生大量所需的蛋白质。这种能力似乎也存在对抗旱能力的发展很重要。
在灌溉条件下的复活植物车前草(左)，干燥(中)，然后“复活”(右)。图片来源:AG Bartels/波恩大学
在柱头病中，一些与抗旱能力更强有关的基因甚至被进一步复制。其中包括所谓的“早期光诱导蛋白”，因为它们在光的作用下迅速启动，防止氧化应激。它们在所有耐旱物种中都以高拷贝数出现。巴特尔斯解释说:“陨石坑柱头有近200个elip基因，这些基因几乎相同，位于不同染色体上的10或20个拷贝的大集群中。”因此，耐旱植物可以利用一个广泛的基因网络，在干旱的情况下迅速上调。
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缺水后仍然能够发芽。所以它们也有一个基因程序来抵御干旱。“然而，这个程序通常在发芽时关闭，之后不能重新激活，”植物学家解释说。“相比之下，在复活植物中，它仍然活跃。”
大多数物种“可以”耐旱
因此，抗旱性是绝大多数植物“可以做到的”。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，这些网络不仅在生命周期的某些阶段活跃。
也就是说，不是金雀花的每个细胞都有相同的“干旱程序”。同样参与这项研究的德国
这项研究提高了人们对为什么一些物种很少受干旱影响的理解。因此，从长远来看，它可能有助于培育小麦或玉米等能够更好地应对干旱的作物。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。
除了波恩大学外，密歇根州立大学(美国)和海因里希·海涅大学(
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