生物鐘方面的研究發現有助於提高農作物節水效率

編譯：龔晶 北京市農林科學院農業資訊與經濟研究所

位於達拉斯的“德克薩斯A&M農業生命研究（TexasA&M AgriLife Research）”近日有了一項新發現。 該機構的科學家對一些植物的生物鐘（biologicalclock）或晝夜節律鐘（circadian clock）形成了更為深刻的認識，

即生物鐘或晝夜節律鐘能掌控植物的節水效率， 並使其他一些植物， 包括農作物， 也能達到相同的效率， 進而使它們能種植在原來不適合種植的地方。

研究成果發表在了《基因組生物學及演化》雜誌上。 研究過程中， 科學家們明確了1398個調節鳳梨中特定基因表達的轉錄因數和蛋白質。 其中， 將近一半的轉錄因數和蛋白質顯現出了時鐘式的基因表達模式， 這可能對於發現植物水資源利用的遺傳學控制具有重要意義。

“農業生命研究”的植物基因組學研究副教授Qingyi Yu指出， 這是向前邁出了重要一步， 有助於瞭解節水光合作用的整體晝夜節律調節， 同時，

也有利於解決如何將這種效率複製到其他植物特別是農作物中去的問題。 她團隊的研究可謂是緊跟2017年諾貝爾生理學或醫學獎， 該獎項授予了在控制晝夜節律的分子機制研究方面取得突出進展的科學家。

Yu教授的團隊以鳳梨為研究物件， 這是一種使用景天酸代謝（crassulacean acidmetabolism）或CAM光合作用的高效節水熱帶植物。 在光合作用過程中， 景天酸代謝植物在夜間打開氣孔， 以促進節水氣體交換。 相比之下， C3植物節水效率低， 且氣體交換發生在白天。 而大部分農作物， 包括大米、小麥、大豆和棉花都使用C3光合作用。

研究人員發現， 由生物鐘調節的特定基因在鳳梨的兩種組織類型中有著類似表達， 有些有助於光合作用， 有些則不是。 Yu教授認為，

這一發現代表了一種鑒定核心時鐘基因的新範式， 揭示了什麼可能是調節CAM活動的生物鐘或振盪器的組成部分。

Yu教授指出， 該研究在理解高效節水的CAM光合作用遺傳機制以及將相關知識應用于未來農作物生產方面是一次飛躍。 她說：“我們相信在某種程度上， 我們可以改善水資源密集型的C3植物， 讓它們也使用CAM光合作用。 通過瞭解這些遺傳控制， 我們可以幫助植物適應氣候變化， 從而在今天不可能的環境中生產食物。 ”