當植物面臨太干、太咸或太冷的條件時，大多數植物都會試圖節約資源。它們會發出更少的葉子和根並關閉它們的毛孔以保持水分。如果環境沒有改善，它們最終會死亡。但有些植物即所謂的極端植物，它們已經進化到可以在惡劣的環境中生存。
Schrenkiella parvula是十字花科的一種雜亂無章的分支成員，它不僅能在會殺死大多數植物的條件下生存而且能茁壯成長。據了解，它生長在土耳其圖茲湖岸邊，那裡水中的鹽濃度可能比海洋中的鹽濃度都要高出五倍。在2022年5月2日發表在《Nature Plants》上的一篇論文中，斯坦福大學的科學家們發現，在這些壓力條件下，Schrenkiella parvula實際上生長的更快。
斯坦福大學生物學副教授José Dinneny是該研究的論文第一作者，他指出：“大多數植物都會產生一種應激激素，其作用就像生長的停止信號。但在這種極端植物中，它是一個綠燈。植物在應對這種壓力激素時加速生長。”
Dinneny和他的同事正在研究Schrenkiella parvula以了解更多關於一些植物如何應對不利條件。他們的研究結果將可以幫助科學家設計出能在低質量土壤中生長並適應氣候變化壓力的農作物。
索爾克研究所的博士后研究員、演技論文第一作者Ying Sun指出：“隨着氣候變化，我們不能指望環境保持不變。我們的農作物將不得不適應這些快速變化的條件。如果我們能夠了解植物用於耐受壓力的機制，我們就能幫助它們更好更快地做到這一點。”
一個意外的反應
Schrenkiella parvula是十字花科的一個成員，該科包含捲心菜、西蘭花、蘿蔔和其他重要的糧食作物。在氣候變化預計會增加乾旱的持續時間和強度的地區，如果這些作物能夠經受住甚至在這些乾旱期茁壯成長那將是非常有價值的。
當植物遇到乾燥、鹽分過高或寒冷的條件時–所有這些都會產生跟水有關的壓力–它們會產生一種叫做脫落酸(ABA)的荷爾蒙。這種激素會激活特定的基因，基本上是在告訴植物需要如何應對。研究人員檢查了十字花科的幾種植物–包括Schrenkiella parvula–如何對ABA做出反應。當其他植物的生長放緩或停止時，Schrenkiella parvula的根部生長速度得到明顯加快。
雖然Schrenkiella parvula跟該研究中的其他植物密切相關並且有一個非常相似大小的基因組，但ABA正在激活其遺傳密碼的不同部分以創造一個完全不同的行為。
Dinneny表示：“該網絡的重新布線至少部分地解釋了為什麼我們在耐壓物種中得到這些不同的生長反應。”
設計未來的作物
Dinneny稱，了解這種應激反應–以及如何在其他物種中設計它–可能不僅僅有助於糧食作物。Schrenkiella parvula也跟幾個油菜品種有關，這些油菜品種有可能被設計成可持續的航空燃料或其他生物燃料的來源。如果這些植物能適應在更惡劣的環境條件下生長則就會有更多的土地可以用來栽培它們。
Dinneny說道：“你希望在不適合種植糧食的土地上種植生物能源作物–如土壤退化或因灌溉不當而積累了鹽分的農田。這些地區不是主要的農業地產，而是會被遺棄的土地。”
眼下，Dinneny和他的同事們正在繼續研究可以幫助植物在極端條件下生存的反應網絡。在已經了解了副腎上腺素如何在有限的水和高鹽度的情況下維持其生長，他們將嘗試通過調整哪些基因被ABA激活以使相關植物也能做到這一點。
“我們正在試圖了解這些植物物種的秘訣是什麼–是什麼讓它們在這些獨特的環境中生長，以及我們如何利用這些知識在我們的作物中設計特定的性狀，”Dinney說道。