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在过去10年里，每到4月，系统生物学家罗德里戈·古铁雷斯（Rodrigo Gutiérrez）都会驾车1600千米去往地球上最干燥的地区之一：智利的阿塔卡马沙漠，这里的部分区域每年只有不到3毫米的降雨量。每一年，古铁雷斯带领的研究团队都会在20多个地点采集植物和土壤样品，并将这些样品用液氮冷冻后，带回他们在智利天主教大学的实验室里。在一项发表于《美国科学院院刊》（PNAS）的新研究中，古铁雷斯和同事找到了帮助植物在如此极端条件下茁壮成长的基因和微生物。
古铁雷斯说：“我们对这些植物是如何在如此干燥环境中生存的几乎一无所知。因此，研究这些野生植物物种具有非常大的潜在价值，而且现在拥有的基因组学工具使相关研究的开展更为容易。”在这项研究中，研究人员分析了3个海拔范围内的32种植物物种，其中有些与谷物、豆类和马铃薯作物有很近的亲缘关系。
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研究人员通常是用实验室种植的植物开展遗传学研究的，因为这可以使他们能严格控制试验因子，例如植物获取营养物质和光照的含量。而在自然环境中采集的植物样品则能反映出一些由植物生长环境所带来的关键差异。美国加利福尼亚大学戴维斯分校的植物学家尼莉玛·辛哈（Neelima Sinha，未参与这项研究）评价道：“这项研究将‘植物如何应对自然环境’这一问题在基因组学和生态学上的认识结合在了一起，因此是非常重要的研究进展。”
为了找到对植物存活至关重要的基因，古铁雷斯联合生态学家、植物生物学家、基因组学专家和计算机科学家，比较了阿塔卡马沙漠的植物样品和它们近亲植物的遗传密码。基因组被认为是“基因的金矿”，在这项研究中，研究人员追踪了植物基因组的演化，并从中找到了与应激、代谢和产能有关的适应性突变。这些突变或许能帮助沙漠中的植物耐受强烈的太阳辐射，优化获取水分的能力，并调节开花的时期。研究人员还发现了大量寄生在沙漠植物根部的细菌，这些细菌能将空气中的氮气转化为植物可以直接利用的形式，从而协助植物在缺氮的土壤中生长。
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古铁雷斯说，这些新发现的基因可以被插入到农作物中，以及能生产生物燃料的草本植物中，从而提高这些植物物种在含盐量高的土壤中和干旱区域的存活率。值得一提的是，随着气候变化，植物的生存环境预计将会变得更加严酷。
撰文：苏珊·科西尔（Susan Cosier）
翻译：孙琳钰
审校：石云雷
引进来源：科学美国人
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