阿塔卡马沙漠的这个“基因金矿”可能是养活未来的关键

一个国际研究小组在地球上最恶劣的环境之一——智利的阿塔卡马沙漠——发现了与植物生存有关的基因。他们的研究结果发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上，可能有助于科学家开发出能够在日益干旱的环境中茁壮成长的弹性作物。

“在气候变化加速的时代，揭示在干旱和营养不良条件下提高作物产量和恢复力的遗传基础至关重要，”纽约大学(NYU)生物系和基因组学与系统生物学中心的教授Gloria Coruzzi说，他是这项研究的联合负责人。

研究人员花了10年时间研究了阿塔卡马贫瘠沙漠中的22个地点的植物生命，小心翼翼地将植物和土壤样本运回实验室。后来，他们将它们保存在液氮中进行基因组分析。

这项研究涉及全球的植物学家、微生物学家、生态学家、进化生物学家和基因组研究人员。该团队的独特技能使他们能够识别植物、微生物和基因，这些植物将使阿塔卡马植物适应恶劣的沙漠环境并茁壮成长，有可能改善作物生长并减少食物短缺。

总的来说，对沙漠中32种最主要植物的转录组进行了测序，并与来自其他地区的32种相关物种的转录组进行了比较。他们都没有基因适应阿塔卡马的环境。

Coruzzi说:“我们的目标是利用这种基于基因组序列的进化树来确定基因中编码的氨基酸序列的变化，这些氨基酸序列支持阿塔卡马植物适应沙漠条件的进化。”

纽约大学的研究人员随后使用了一种称为系统基因组学的方法，旨在利用基因组数据重建进化史，以确定其蛋白质序列在阿塔卡马物种中被适应的基因。

此外，在拟南芥中发现了59个这样的基因，它们与生理和分子过程相互关联，可以提高植物在恶劣环境下的恢复力。

简而言之，由于在阿塔卡马沙漠植物中积极选择的基因，拟南芥已经被证明能够承受强烈的辐射和温度胁迫，调节花的发育和开花时间，帮助病原体防御和营养吸收。

这是植物在恶劣干燥环境下的进化生存机制。此外，在粮食作物物种中也可以发现一些相同的基因，这让我们更好地了解应该种植哪些作物，以及如何繁殖、微调和适应未来。

智利教皇天主教大学的资深作者、植物系统生物学家Rodrigo Gutiérrez说:“这项研究与世界各地日益干旱的地区直接相关，干旱、极端温度和水和土壤中的盐分等因素对全球粮食生产构成了重大威胁。”

“由于一些阿塔卡马植物与谷物、豆类和土豆等主要作物密切相关，我们发现的候选基因代表了一个基因金矿，可以改造更有弹性的作物，考虑到我们星球的荒漠化加剧，这是必要的。”

研究结果发表在PNAS．