气候变化造成的作物损害 和全球人口上升和营养需求上升,很清楚世界将来需要生产更多的食物。研究人员长期以来研究了通过常规育种和遗传修饰来帮助植物抵抗植物和干旱等环境压力的方法。但是,许多问题仍然存在于如何,植物与他们的环境互动以及科学家如何能够修改这些过程来帮助他们适应时。

德国网络生物学研究所和同事的研究人员可能已经找到了一种帮助。 7月初他们发表了一项研究 自然 显示植物以比以前认为更复杂的方式与环境沟通。调查显示,由激素驱动的信息处理网络在植物的一个属中由2,000多种蛋白质相互作用进行,其中尚未发现。“We’重新需要第二个绿色革命,”多伦多大学的植物生物学家Shelley Lumba说,他没有参与该研究。“这些将是良好的导致测试。”

与动物不同,这些动物在UTETO中完成大部分发展,植物在整个生命中仍然相对较为灵活。感觉蛋白质检测改变环境条件,然后使用激素使其相应地改变其行为或生理学。例如,许多途径很好地理解:例如,通过引导一系列特定蛋白质来执行细胞功能,促使植物闭合植物并在干旱期间闭合毛孔并节省水。

这些激素网络的灵活性正是使他们如此难以转基因或工程师来应对改变气候。在市场上的大多数遗传修饰的作物是通过将基因从细菌添加到植物来制备’s genome—例如,允许其抵抗除草剂或杀虫剂。虽然替代操作蛋白质,但以新的基因组编辑技术相对容易,“你经常弄乱植物,”Tel Aviv大学的植物生物学家Eilon Shani说。

为了创造抵抗环境压力源的作物,研究人员依赖于使用自然存在的遗传多样性的常规育种技术。他们已经这样开发了品种 例如,小麦产生高水平的ABA。伊利诺伊大学的作物科学家Matthew Hudson在Urbana-Champaign大学的作物科学家Matthew Hudson表示,这种繁殖越来越困难。 对于一件事,许多国家已经开始禁止出口具有有用特性的种子,以便将它们作为自然资源。

新技术,包括CRISPR / CAS9基因组编辑,可以使遗传修改相对简单。然而,希望调整植物基因的科学家必须首先知道他们正在寻找什么。专注于系统而不是单个基因可以证明是有用的。例如,激活对昆虫的防御,例如,植物可能必须关闭另一个激素途径,例如生长或节水。

“植物生理学的基本有很多权衡,我们知道他们在那里,但他们’重新以定量方式表征,”哈德森说。诸如 自然 他说,学习可以帮助科学家开发通过基因工程来揭示如何理解和调整途径的计算模型。“这显然是下一代研究,” Hudson says.

使植物更加灵活可能比给出特定的特征更重要。“激素许可证致电,” Lumba says. “They’没有指导;他们’允许阅读环境刺激。”

Lumba正在研究一种激素机制,帮助某些植物迅速将被森林火灾所浇灌的区域迅速扣除。当这些时“fire followers”感知从烧伤的材料发出的化学物质,它们释放出一种叫做毒素的激素,引发萌发。然而,由于所有已知的植物含有植物蛋白,以及烟熏蛋白质,它仍然尚不清楚为什么他们大多数人实际上并不响应。她说,绘制了传感器与响应之间的广泛途径,这可能是帮助恢复恢复生态系统之后的阶段。

创造迅速适应他们环境的作物将继续是一个巨大的努力。学习信号传导机制的大多数植物研究人员都集中于 拟南芥, 一个小花草药属相关 到白菜和芥末。实验室模型 拟南芥 已经表征得非常好。哈德森说,揭示玉米或米饭等作物中的蛋白质相互作用网络,需要数年和数百万美元。

虽然研究人员一直在抵抗干旱或其他压力源的转基因作物植物,但没有任何变化是可商购的。“我们有转基因特征,我们可以在上面[常规繁殖的植物],但我们’Re实际上并没有将植物制成可行作物的微妙事物,”哈德森说。他的团体和伊利诺伊大学的其他人正在努力发展 计算机算法 to 预测如何通过工程改变特定基因会影响植物’生长。对于生长缓慢的生物—包括核桃树,受到寄生真菌的威胁—这样的系统可以节省多年的观看和等待。

对于非涂料植物,相同的优势是正确的。 Rutgers大学的植物生物学家宾鲁黄在用于高尔夫球场草皮和其他应用的草地上有转基因激素信号通路。她发现,增加叫做细胞素蛋白的激素量,使植物对变化的水平更敏感, 使草更耐热和咸土。然而,黄说,荷尔蒙途径的实际基因工程将是困难的。“当你改变一个激素时,其他改变,” she adds.

最终,弄清楚植物与周围环境的沟通方式并适应恶劣环境的方式可以使食物供应受益。“We don’t think we’比自然更聪明,比植物更聪明,” Shani says. “但我们可能会帮助植物适应更快,而不是等待进化进化再次进行工作。”