这种沙漠植物越热长得越快，真能“抗旱”

长圆叶Tidestromia这种植物帮助密歇根州立大学的科学家揭示了生命如何在极端环境中存活。他们的研究成果为培育能在日益炎热气候中生存的作物提供了潜在指导。

在《当代生物学》发表的一项研究中,研究基金会教授Seung Yon "Sue" Rhee与研究专家Karine Prado报告称,长圆叶Tidestromia在死亡谷夏季条件下实际上生长得更快。这种植物通过微调其光合作用系统来抵抗高温的破坏作用实现了这一点。

### 在高温中愈加强健的植物

对Prado而言,该项目始于一个简单问题:当大多数植物在几小时内就会枯萎时,这种植物为何能保持翠绿健康?

"我们最初把这些种子带回实验室时,费了很大劲才让它们发芽,"Prado说,"但一旦我们在生长室中成功模拟出死亡谷的环境,它们就开始疯长。"

Prado与密歇根州立大学植物抗逆研究所Rhee实验室的同事合作,使用定制的生长室再现了沙漠的强烈光照和极端日温差。结果令人震惊:仅10天,长圆叶Tidestromia的生物量就增加了两倍。与此同时,其他以耐热著称的近缘物种则完全停止生长。

### 世界上最耐热的植物

在极端高温下仅两天,长圆叶Tidestromia就扩大了其光合作用的适宜范围,使其能继续高效产能量。两周内,其最适光合温度升至45摄氏度(113华氏度),高于有记录以来的任何主要作物。

"这是有记录以来最耐热的植物,"Rhee说,"了解长圆叶Tidestromia如何适应高温,为我们提供了帮助作物适应地球变暖的新策略。"

### 沙漠生存者的生存机制

研究团队结合生理测试、实时成像和基因组分析,揭示了长圆叶Tidestromia如何协调多个生物系统以求生存。

在死亡谷级别的高温下,该植物的线粒体(产生能量的结构)会向发生光合作用的叶绿体靠近。同时,叶绿体重塑为高等植物中从未观察到的独特"杯状"形态。这些适应可能帮助植物更高效地捕获和循环利用二氧化碳,即使在胁迫下也能维持能量生产。

暴露在高温下24小时内,数千个基因会调整其活性。其中许多参与保护蛋白质、细胞膜和光合机制免受损伤。该植物还会增加一种名为Rubisco活化酶的酶的产量,这种酶有助于在高温下保持光合作用顺畅运行。

### 未来农业的启示

预计到本世纪末,全球气温将上升高达5摄氏度,极端高温已导致小麦、玉米和大豆等主要作物减产。随着全球人口增长,科学家们正急于寻找维持粮食生产的方法。

"长圆叶Tidestromia向我们表明,植物有能力适应极端温度,"Rhee说,"如果我们能学会在作物中复制这些机制,就能在更炎热的世界中改变农业。"

### 向自然界最顽强的生存者学习

几十年来,植物生物学一直以易于培育的模式物种为中心,如拟南芥、水稻和玉米。Rhee认为,现在是时候超越这些常见植物,研究那些已进化出耐受世界最恶劣环境能力的物种了。

"沙漠植物花了数百万年时间解决我们才刚刚开始面临的挑战,"她说,"我们终于拥有了基因组学、高分辨率实时成像和系统生物学等工具来向它们学习。现在我们需要更广泛的支持来开展这类研究。"

她的实验室已在应用这些见解,研究赋予长圆叶Tidestromia非凡抗逆性的基因和细胞结构如何用于提高粮食作物的耐热性。

"这项研究不仅告诉我们一种沙漠植物如何耐高温,"Prado说,"更为所有植物如何适应气候变化提供了路线图。"