压力不只是人类的专利,树木也同样需要面对压力。干旱、水涝、养分丧失、环境污染及气候改变等问题,对于树木而言都是压力,学术界称之为胁迫。如何帮助树木和农作物迅速而有效地适应胁迫,是植物科学研究者急需解决的迫切任务。
美国密歇根科技大学的科学家发现了杨树适应土壤环境变化的一种新分子机理,即控制此过程的部分基因开关。研究者希望通过利用生物技术及选择性育种的方式改变杨树的抗胁迫能力。该研究由密歇根科技大学森林与环境科学副教授Victor Busov领导,成果发表于2010年3月的《The Plant Cell》杂志。参与研究的还有美国乔治亚大学、俄勒冈州立大学以及北京林业大学的研究人员。杨树是目前唯一一个全基因组测序完成的树种,研究者分析了杨树基因组中数以千计的基因,正在寻求一种调控机制,这种机制直接关系着植物地上部分的繁盛以及地下部分根系的发达程度。
赤霉素(Gibberellins,简称GAs)在其中扮演了关键角色。Busov指出:“在根的发育过程中,赤霉素的作用了解得不多,特别是关于赤霉素对侧根的影响的研究更是少。”侧根如同海绵,在土壤中吸收养料和水分。研究发现,赤霉素与其他植物激素相互作用,共同决定了植物的根是向地上生长还是向地下生长。从分子水平来看,赤霉素和生长素有着自己的通信方式。通过与正常野生型杨树的对比试验,他们发现赤霉素浓度越高,茎长得越好,而侧根发育则差。当通过突变相关基因或RNAi技术使植株不产生赤霉素时,植株显得非常矮小,但侧根长得繁盛。人工添加赤霉素作用于缺乏赤霉素而弱小的杨树时,结果恰好颠倒:这些杨树长得非常高,而侧根基本上没有发育。
Busov说:“显然,缺少赤霉素的杨树,其地下部分长得好,赤霉素促进了地上部分的生长。关于这个自然规律,我们知道的并不多。它总是在地下生长和地上生长之间寻求一种平衡。一般来说,这种平衡获得了很好的维系,只是有时会在地下受到土壤环境的一些影响。”《The Plant Cell》科学编辑Kathleen Farquharson在同期发表的评论文章中写道:“此研究为怎样利用激素控制侧根发育提供了新方向。”