植物在干旱期间无视重力寻找水源

根系“感受”到重力，在土壤中伸展和固定，但在需要时，它们可以改变生长方向，朝向水源。然而，根据奥地利科学技术研究所（ISTA）和西北农工大学的科学家们的一项新研究；在中国的F大学，这种变化是由干旱条件促进的，干旱条件抑制了根系的重力感应能力。这些见解可能有助于开发能够承受极端天气条件的植物。

植物不断生长，对环境信号做出反应，并相应地调整其发育。它们通过一种称为向光性的过程将芽伸向太阳，并在地球引力的帮助下延伸根系，这种现象被称为向重力性。此外，植物将根部弯曲到土壤中的潮湿区域，确保植物能够获得水分，这种行为称为向水性。

虽然对向光性和向重力性的研究相对丰富，已经进行了一个多世纪的研究，但对向水性的了解较少，尽管它对植物至关重要，特别是在气候变化时期。

2024年维特根斯坦奖获得者、奥地利科学技术研究所（ISTA）的JiříFriml教授和博士生Adrijana Smoljan以及西北A&；中国F大学公布了新的见解。研究表明，水上觅食需要向水性主调节因子“MIZ1”抑制向重力性。他们的发现发表在本周的《美国国家科学院院刊》上。

为了更深入地研究向水性，Friml和同事们渴望了解当重力不再影响根系生长时会发生什么。从本质上讲，他们的目标是完全摆脱重力倾向。一种选择是将植物送入太空，例如美国国家航空航天局的VEGGIE实验或欧洲航天局（ESA）在太空中培育植物的倡议。

然而，为了他们的研究，科学家们选择留在地球上，并将带有拟南芥幼苗的培养皿放在一个缓慢旋转的平台上。持续的旋转不断地改变重力的方向，使植物无法对重力做出反应，因为它无法辨别重力的来源。Friml将其比作时钟，植物根部像时针一样旋转。

“通过消除重力，我们看到亲水性变得更强，”Friml解释道。“在有足够水分的正常条件下，向重力性通常占主导地位。然而，当你关闭向重力性时，向水性的影响就会变得明显。”

接下来，科学家发现，在干旱期间，植物天生就开始在一定程度上抑制向重力性。“这是有道理的，”Friml解释道。“发现水突然变得比继续向下生长更重要，因此在干旱条件下，向重力性降低，使植物变得更加向水性。”

但是是什么触发了从向重力性到向水性的转变呢？一种名为MIZ1的蛋白质引起了科学家的注意。日本科学家几十年前就发现了MIZ1，它是已知对向水性发育很重要的少数基因之一。

研究人员将缺乏MIZ1的现有突变植物与野生型（“正常”）植物进行了比较。他们发现，在MIZ1突变体中，对干旱反应的向重力性抑制不起作用。这些植物表现出吸水性缺陷，向重力性仍然很强。本质上，没有MIZ1，植物很难寻找水分，因为MIZ1有助于减弱根系向重力性。

了解植物如何找水和应对干旱至关重要，尤其是在气候变化的情况下。斯莫尔扬解释说：“例如，去年冬天维也纳特别干燥。”。“今年冬天，Hohe Warte气象站记录的降水量仅为每平方米32升，远低于通常的130升。因此，土壤变得非常干燥，即使在冬天也会增加森林火灾的风险。”

这种极端天气条件突显了Friml小组研究的重要性。我们越了解植物如何觅食，就越能帮助开发出能够更好地应对干旱的植物——这是农业的重要一步。

Friml补充道：“通过鉴定具有高活性MIZ1蛋白的玉米或小麦变种，可以将其引入高产变种。理论上，你最终可能会得到更多的水溶性植物，这可能会提高它们在干旱期间的吸水率。”。p