根在陰影下停止生長的原因

摘要

研究團隊發現能抑制根部生長的WRKY蛋白質，高度表現WRKY蛋白質的植物即使在光照充足下也會長出矮小的根。未來面臨氣候變遷加劇與可耕地減少情況下，此研究結果將有益於開發高產作物，讓作物可以在更擁擠的條件下茁壯成長，並提升植物根系固碳的潛力效益。

　　當植物發現自己處在過多的陰影下時，它會重新調整其資源來獲得光照，作物產量和根部發育則會停滯下來，因為植物專注於長得更高，並努力超越鄰近的植物以爭取陽光，此表現為植物的避蔭反應(Shade-Avoidance Response, SAR)。美國冷泉港實驗室（CSHL）助理教授Ullas Pedmale表示:「對於依賴光合作用的生物體來說，避蔭是其重要的生存策略，但對農民來說卻是個問題，它限制了種植者栽植作物的密度，進而限制了產量。植物將所有能量都投入到嘗試長得更高，卻犧牲了農民需要的生物質產量。」
　　幾十年來，研究人員一直在研究植物的遮蔭反應，希望找到幫助植物在更高栽植密度下，茁壯茂盛的方法。大部分研究都集中在莖和葉的變化上，但研究團隊想知道當植物缺乏光照時，地下部分會發生什麼事，因為沒有強大根系的植物更容易受到乾旱、洪水和颶風的威脅，且這些威脅因為氣候變化而變得越來越普遍。
　　團隊的其他成員利用番茄及模式植物阿拉伯芥，將在完全無陰影情形下生長之幼苗的根部與在陰影下生長之較短、發育不良的植物根部進行比較。發現在陰影下生長的植物中，數百個植物用來應對壓力的基因被活化，其中包括數十個與逆境反應和生長發育相關之WRKY蛋白質基因，團隊改造了植物，讓植物無論在何種條件下，特定的WRKY基因都保持在高度活化的狀態。並發現高度表現某些WRKY蛋白質的改造植物，即使在光照充足的情況，也會長出和遮蔭植物相同的矮小根部；相較之下，它的莖仍以正常速度生長。
　　除此之外，他們還發現植物果實成熟所必需的激素乙烯也可能與遮蔭反應有關。團隊希望揭示這些蛋白質在避蔭方面的作用，能幫助研究人員開發更好的高產植物，讓植物可以在更擁擠的條件下茁壯成長，且能抵禦極端天氣，甚至吸收空氣中的二氧化碳並進入廣泛的根系來減緩全球暖化。【延伸閱讀】植物如何改變根系模式以競爭地下資源

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