Science：切确的基因工程指了然可延续农业的将来

跟着地球天气变暖与转变，可延续农业实践对赡养快速增加的生齿相当主要。我们可否经由过程基因工程革新作物，使其顺应干旱和天气变暖的其他影响？

加州理工学院生物学与生物工程助理传授、植物发育生物学家Trevor Nolan近期颁发的一系列论文，为基因组学和植物发育生物学的新手艺与方式若何实现这一方针绘制了线路图。

一篇颁发在《科学》杂志的最新综述论文，论述了操纵根本生物学研究东西理解植物细胞内部工作机制，以改良和加强作物的路径。该论文由Nolan与比利时根特年夜学VIB植物系统生物学中间的研究人员合作撰写。

虽然今朝革新作物的通用东西已存在，但Nolan和其同事提出了一种更精准的方式。他们建议，对植物本身基因表达进行微调，例如可以在干旱时代增进根系更深发展，提高水份和营养接收效力，或改变叶片布局以在密集田间前提下更好地捕获光线。

"我们但愿以手术级的精度调控植物发展，且不合错误植物的其他部门发生副感化，"Nolan说。"要做到这一点，需要我们切确理解植物在细胞层面上的勾当布景。"

本年早些时辰，Nolan与合作者在《细胞》杂志上陈述称，一类特定的植物激素——油菜素内酯——经由过程一个动态的细胞特异性反馈收集来调和根的发展（Cell, 2025, doi: 10.1016/j.cell.2025.02.011）。

油菜素内酯对植物发育相当主要，它调理细胞割裂和细胞伸长。但是，当普遍施用在植物时，它们可能会发生相反的结果，经由过程粉碎细胞间激素旌旗灯号的奥妙均衡来按捺发展。Nolan注释说，油菜素内酯对植物发生一种"金发姑娘效应"——只有在准确的时候、准确的地址，激素量既不多也很多，发展才能到达最好状况。

研究团队经由过程利用尖端手艺不雅察模式尝试室植物拟南芥中单个细胞若何表达其基因，从而发现了这一现象。固然每一个细胞在其基因组中存储着不异的遗传信息，但某些基因可以像调光开关一样被调高或调低，从而付与细胞分歧的功能。例如，分歧的基因表达模式可以告知细胞进行割裂，或发生更多激素，乃至自我扑灭。单细胞转录组学等手艺可以同时丈量很多细胞的基因表达。

Nolan的尝试室正率先整合单细胞、空间和活体成像手艺，之前所未有的分辩率可视化植物发育进程。操纵定制建造的垂直共聚焦显微镜和全根成像流程，该团队此刻可以或许追踪单个细胞的发育历程——从它们作为根分生组织中的干细胞发源，直到分化为特化组织。

经由过程将这些活体成像数据集与单细胞和空间转录组图谱相连系，该尝试室可以或许追踪基因表达和激素旌旗灯号若何随时候和空间转变，揭露油菜素内酯等旌旗灯号若何调和发展、发育和应激响应。

Nolan此刻强调，这些手艺应利用在研究作物中近似的激素和勒迫耐受机制。"我们的工作注解，植物经由过程显著的空间切确性来调和发展，"Nolan说。"一旦我们理解了这些道理，我们便可以最先在水稻、玉米和高粱等作物中对这些道理进行工程设计，使农业对高暖和干旱更具韧性。"（Bioon.com）

参考文献：

Nemanja Vukašinović et al, Unlocking the potential of brassinosteroids: A path to precision plant engineering, Science (2025). DOI: 10.1126/science.adu9798.