美国和墨西哥自本世纪初以来经历历史性的超级干旱。过去25年间，美国西南部持续承受由此带来的社会与经济影响；仅2021年，加州农业损失就达到11亿美元。在长期干旱背景下，如何帮助农作物在缺水条件下维持生长、减少产量损失，成为研究关注的重点。

索尔克研究所科学家以拟南芥为模型，对叶片中近百万个细胞核开展分析。拟南芥是一种小型开花植物，常被用作玉米、小麦和水稻等重要作物的实验替代材料。研究团队在不同干旱程度与叶片发育阶段下，测量细胞层面的基因表达变化，并将结果汇编为一个对外公开的高分辨率图谱。

研究结果显示，干旱会加速叶片老化过程，进而导致叶片变小。研究人员在比较不同样本的基因表达谱后发现，经历九天干旱处理的叶片出现老化加速的特征；与叶片成熟和衰老相关的基因程序在干旱压力下被提前激活，且干旱越严重，老化相关基因表达越强。

该团队指出，老化相关基因程序在负责光合作用的叶肉细胞中表现尤为明显。研究还识别出一个与干旱期间叶片大小调控相关的特定基因——铁还原氧化酶6（FRO6）。研究人员表示，当在叶肉细胞中提高FRO6表达时，植物在干旱胁迫下可在一定程度上维持叶片生长。

上述研究发表在《自然植物》（Nature Plants）上。论文资深作者、索尔克国际理事会遗传学主席、霍华德·休斯医学研究所研究员约瑟夫·埃克尔（Joseph Ecker）表示，以往研究多通过研磨叶片观察整体基因表达，而此次工作首次以细胞类型特异性的分辨率研究干旱影响，为理解植物如何受环境因素影响提供了新的视角。

论文第一作者、埃克尔实验室前博士后约瑟夫·斯威夫特（Joseph Swift）表示，如果能够明确植物如何通过遗传机制微调生长以应对环境压力，就可能据此开发在水资源有限条件下仍能保持生产力的作物品种。

研究团队同时提到，这一发现与其此前关于植物在干旱后启动的“干旱恢复诱导免疫”（Drought Recovery-Induced Immunity，DRII）研究形成补充：前者聚焦干旱期间的响应机制，后者描述干旱后的恢复过程。埃克尔表示，下一步将据此制定策略，培育更强健的作物以应对环境挑战。