美国玉米品种的寻水能力存在很大差异

斯坦福大学领导的一项研究表明，玉米植株知道如何用根尖在土壤中寻找水分，但一些品种，包括许多在美国用于培育高产玉米的品种，似乎已经失去了一部分这种能力。随着气候变化加剧干旱，这些发现有可能开发出更具弹性的玉米品种

这项发表在《科学》杂志上的研究揭示了根系“水力模式”背后的遗传机制，即植物根系如何向水分支并避开土壤中的干燥空间。特别是，研究人员发现，乙烯是一种已知有助于香蕉成熟的植物激素，也会影响根部生长以寻求水分

该研究的资深作者、斯坦福大学人文与科学学院生物学教授JoséDinneny说：“植物在‘看到’土壤中水的位置方面是复杂的，负责这一点的基因在帮助植物创造一个优化的根系以有效吸水方面发挥着重要作用。”

Dinneny说，从本质上讲，植物利用根部产生的气态乙烯来感知土壤中的空气空间。然后，它们调节该激素下游的根的分支

虽然Dinneny实验室之前已经揭示了玉米根对检测水分的精细敏感性，但发现植物的这种敏感性在很大程度上取决于玉米的特定品种

在这项研究中，研究人员开发了一种新的简化方法来研究根系的水分敏感性，从而可以分析250个玉米品种的反应，这些品种反映了现代玉米育种中存在的遗传库

他们发现，适应在墨西哥等热带或亚热带地区生长的玉米品种非常善于向水生长新的根枝，避开干旱地区

相比之下，适应北美温带地区的品种经常在许多方向上生根，而不区分土壤中的干旱和湿润地区。这项工作是通过几个研究小组的国际合作实现的，这些研究小组在数量遗传学、进化和根系发育方面提供了专业知识

研究人员表示，美国种植的现代玉米是一种主要作物，通常生长在高度肥沃的农田上，其发展可能削弱了植物的求水根系反应。他们还指出，与田间研究的比较表明，更强的水力模式与更大的根系深度有关

“有趣的是，更善于感知水分位置的植物也在形成更深的根系，”主要作者、Dinneny实验室的博士后学者Johannes Scharwies说。

一种假设可能是，如果植物不浪费时间将根枝生长到没有水和营养的地方，那么它就有更多的能量在更有可能有水的地方生长得更深。”

针对抗旱性

研究人员通过遗传分析发现，生长素和乙烯这两种植物激素在玉米根系对水的反应中起着作用。虽然生长素已经被认为有助于控制这一过程，但乙烯的参与是一个新发现

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在研究中常用的模式植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）的实验中，研究人员发现这两种激素的遗传信号通路是相辅相成的：生长素信号传导促进根向水分的发育，而乙烯在根暴露在空气中时抑制分枝

Scharwies说，在开发出具有更强抗旱性根系的玉米品种之前，需要进一步的研究来更好地了解这些遗传途径的相互作用，但这些发现强调了研究根尖这些局部反应的重要性

他说：“每个根尖都像土壤中的传感器。它们寻找水分和养分，并控制新根枝的生长方向。”

“我们需要花更多的时间研究这些非常局部的根系反应，以了解整个植物的作用，然后我们可以利用它来开发更能抵御干旱的植物。”