《New Phytologist》近日发表的一项研究显示，植物在遭遇环境胁迫时会暂时停止生长，并在条件改善后恢复生长，从而继续完成生长周期并形成产量。加拿大不列颠哥伦比亚大学（UBC）研究人员在研究中识别了植物应对冬季寒潮以及沿海盐碱过载等胁迫的相关基因与通路。
论文第一作者、UBC植物学系博士生Olivia Hazelwood表示，随着气候变化背景下极端天气事件更为频繁，相关发现有助于培育气候适应性更强的作物，并为通过基因工程提升作物在气候事件后的恢复效率提供线索。她称，这将帮助作物在经历暴风雪、热浪或洪水后仍能完成生命周期并在收获季节产出粮食。
研究人员发现，在寒冷与盐分胁迫条件下，植物根系生长会暂停；当胁迫解除后，植物需要经历一段与胁迫持续时间相当的恢复期，根系生长才会重新启动。
研究团队在该研究以及另一篇已提交同行评审的论文中，还识别了与热胁迫相关的基因通路。相关结果显示，植物在高温条件下会出现“快进”式生长，而在温度下降后则转为“暂停”。
资深作者、UBC植物学系助理教授Arif Ashraf博士表示，研究还观察到植物能够从渗透胁迫或干旱中恢复，但所需时间更长。研究团队将这一过程概括为“暂停与推动”，意指植物需要一定时间来“推动”自身回到正常生长状态。
实验观察与关键基因
在实验室条件下，研究人员对模式植物施加寒冷与盐分胁迫并测量根系生长，随后又测试了两种与作物相关的野生草本植物。三种植物均表现出相似反应，研究人员据此推测其背后可能涉及相近的细胞层面应答。
由于根系生长依赖细胞分裂，Hazelwood使用荧光标记蛋白对细胞分裂过程进行观察，包括胁迫期间及胁迫后活跃分裂细胞的数量变化，以及与细胞分裂相关蛋白的活跃时间。
Hazelwood称，在对数千个细胞进行数月计数后，她发现植物在寒冷、干旱和盐分胁迫下，某些蛋白质出现在更少的细胞中；而当恢复到最佳生长条件后约24小时内，这些蛋白质的数量可恢复至正常水平。
研究指出，细胞周期依赖性激酶A;1（CDKA;1）是这一生长周期中的关键基因。实验结果显示，抑制该基因会阻止植物从胁迫中恢复。
研究团队表示，通过识别植物从寒冷与盐分胁迫中恢复所涉及的机制、通路与基因，并证明这些机制在不同植物物种中具有保守性，相关工作为培育和基因工程改良耐环境胁迫作物提供了方向。
Ashraf表示，研究的目标之一是定位能够帮助植物在热浪或暴风雪等事件后恢复并及时产出的基因。
研究团队下一步计划验证类似恢复过程是否也发生在加拿大不同作物中，包括小麦品种。Hazelwood表示，团队希望在两到三年内对加拿大作物品种进行遗传层面的调整，开发更能适应气候变化的CRISPR基因编辑品系。
