气候变化正威胁全世界农作物产量，但人们对全球变暖将如何影响正常植物生理机能知之甚少。英国的研究人员近日发现，较高的温度加速了卷心菜和芥菜植物家族的种子散播，从而限制了繁殖的成功，这种效应是由一种叫做“闭蒴型”的基因（INDEHISCENT）所调节的。相关论文2月12日发表在细胞出版集团《分子植物杂志》上。

     “在许多作物中，例如油菜，过早的种子散播是造成作物损失的主要原因之一。在气候变化的背景下，这可能会变得越来越严重。”该研究论文联合作者、英国约翰·英纳斯中心植物发育生物学家Vinod Kumar说，“这项研究揭示了作物在全球变暖的大背景下潜在的脆弱性，并为解决这一问题铺平了道路。”

     植物有一种非凡的能力，可以调整它们的生命周期，以适应一系列环境条件。例如，尽管天气和温度每天都在变化，但种子的释放仍与季节性条件保持一致。

      约翰·英纳斯中心植物遗传学家Lars Østergaard说，对植物而言，种子传播也是一种关键特性，人们在种植粮食作物的时候，必须进行控制。“随着气候变化对作物性能的影响日益显著，我们希望了解温度等环境信号如何影响种子传播。”他说。

      研究人员观察了在高温下拟南芥的生长状况，这种植物属于十字花科（芥菜或卷心菜）家族。观察结果显示，在高温下的拟南芥会更快地成熟并开放种子豆荚。受到这一结果的启发，Kumar、 Østergaard和博士后研究员Xin-Ran Li着手进行深入调查。

      他们发现，温度从22摄氏度上升到27摄氏度，提高了拟南芥植物和油菜等其他重要十字花科作物的豆荚开裂和种子传播速度。此外，研究人员发现，升高的温度主要通过改变“闭蒴”基因的表达，这加速了种子传播，这种基因被认为可以调节种荚组织的发育，并促进果实成熟。

      研究人员表示，根据推测，这种机制已经逐步进化完善，以促进种子在适当的季节进行传播，从而确保种子在适宜发芽的条件下得到释放。“这可能赋予植物在早期发育阶段和野生传播中具有选择性优势。”Li说。

       这些成果除了弄清气候变化对植物进化的影响外，还对于维持重要作物的产量具有广泛意义。油菜籽是世界上最大的植物油来源之一，它也被用于生产生物燃料和动物饲料。而且，十字花科还包括许多其他经济作物，例如卷心菜、芥菜、花椰菜和萝卜等。

       “我们对这些发现感到兴奋，因为我们在模式植物中的发现也适用于农作物和其他未被驯化的十字花科植物。”Kumar 说，“这突出了我们的发现具有普遍意义，适用于野生和驯化植物。”

       基于其研究，该研究小组提出了帮助农作物应对全球变暖的新策略。例如，植物育种工作的重点应该是培育能抵御气候变化适应性品种。此外，基因编辑工具，如CRISPR/Cas系统，可以用来减少闭蒴基因的表达，从而延迟种子释放和减少作物损失。

       下一步，Kumar和Østergaard计划深入研究种子散播的温度诱导变化背后的分子机制。Østergaard说：“我们希望通过了解这一细节，从而设计出提升作物应对气候变化能力的更好策略。”

       目前，全球气候变化的影响愈演愈烈。例如，有研究显示全球气候变暖让许多鸟类的体型在进化过程中逐渐变小。这加剧了科学界关于气候变化对鸟类健康产生负面影响的担忧。而在瑞士达沃斯世界经济论坛年会上，一些专家和决策者们认为，2018年，气候变化和技术发展将是全球面临的最大风险因素。

转载自《中国生物技术信息网》

2018年2月13日