美國(guó)斯坦福大學(xué)研究人員正在研究操縱植物生物過程的方法，以幫助它們?cè)诟鞣N條件下更有效地生長(zhǎng)。他們?cè)O(shè)計(jì)了一系列合成遺傳回路，能控制不同類型植物細(xì)胞的生長(zhǎng)。在最近發(fā)表于《科學(xué)》雜志的一篇論文中，介紹了他們用這些工具來種植具有改良根結(jié)構(gòu)的植物。這些方法有助于設(shè)計(jì)出能更好地從土壤中收集水分和養(yǎng)分的作物，并為設(shè)計(jì)、測(cè)試和改進(jìn)植物中其他功能的遺傳回路提供了框架。

全球糧食生產(chǎn)日益受到氣候變化的影響，隨著洪水、干旱和極端熱浪越來越普遍，作物需要能更快地適應(yīng)變化的環(huán)境。

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)植物行為的精細(xì)控制，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了合成DNA。該DNA像計(jì)算機(jī)代碼一樣工作，具有指導(dǎo)決策過程的邏輯門。在這種情況下，他們使用這些邏輯門來指定某些細(xì)胞表達(dá)某些基因，從而使在不改變植物其余部分的情況下調(diào)整根系中的分支數(shù)量。

植物根系的深度和形狀會(huì)影響它從土壤中提取不同資源的效率。例如，具有許多分枝的淺根系更善于吸收磷(停留在地表附近)，而在底部分枝的較深根系更善于收集水和氮。使用這些合成遺傳回路，研究人員可設(shè)計(jì)、種植并測(cè)試各種根系，從而為不同的環(huán)境創(chuàng)造出最有效的作物。在未來，還能賦予植物自我優(yōu)化的能力。

研究人員設(shè)計(jì)了1000多個(gè)潛在回路，以操縱植物中的基因表達(dá)。他們發(fā)現(xiàn)了188種有效設(shè)計(jì)，正在將這些設(shè)計(jì)上傳到合成DNA數(shù)據(jù)庫(kù)，供其他科學(xué)家使用。

研究人員在煙草植物的葉子中測(cè)試了一種回路，觀察能否讓葉細(xì)胞產(chǎn)生一種在水母中發(fā)現(xiàn)的發(fā)光蛋白質(zhì)。此外，他們還使用其中一種回路來創(chuàng)建邏輯門，該邏輯門能在精確定義的擬南芥根細(xì)胞中修改特定發(fā)育基因的表達(dá)。實(shí)驗(yàn)證明，該回路可改變擬南芥根系的生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。

研究人員稱，氣候變化正在改變植物生長(zhǎng)的環(huán)境，而種植是人類獲取食物、燃料、纖維和藥物原材料的基本途徑。這項(xiàng)工作旨在幫助人類在環(huán)境條件變得惡劣時(shí)，也擁有可種植的品種。

總編輯圈點(diǎn)

新冠疫情對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的沖擊，疊加氣候變化對(duì)糧食作物的影響，多重因素使糧食安全問題再次成為全球重要議題。解決糧食安全問題，一方面要從保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、暢通糧食運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)入手;另一方面，也要看到農(nóng)業(yè)科技的重要性，通過科技力量的投入，不斷提升糧食產(chǎn)量。就后者而言，不僅要大力推廣業(yè)已成熟的農(nóng)業(yè)科技成果，還要注重開拓新的前沿技術(shù)，用新思路、新方法為糧食安全問題尋求解決方案。(記者張夢(mèng)然)

標(biāo)簽： 研究人員 合成遺傳回路 助植物適應(yīng)氣候變化 氣候變化