合成基因电路帮助植物适应气候变化

美国斯坦福大学的研究人员正在研究操纵植物生物过程的方法，以帮助它们在各种条件下更有效地生长。他们设计了一系列合成基因电路，可以控制不同类型植物细胞的生长。在最近发表在杂志《科学》上的一篇论文中，介绍了他们使用这些工具种植根结构得到改善的植物。这些方法有助于设计能够更好地从土壤中收集水分和养分的作物，并为设计、测试和改善植物其他功能的基因回路提供了框架。

全球粮食生产日益受到气候变化的影响。随着洪水、干旱和极端热浪的日益流行，作物需要能够更快地适应不断变化的环境。

为了实现对植物行为的精细控制，研究团队构建了合成DNA。DNA像计算机代码一样工作，并有逻辑门来指导决策过程。在这种情况下，他们使用这些逻辑门来指定某些细胞表达某些基因，以便在不改变植物其余部分的情况下，调整根系的分支数量。

植物根系的深度和形状会影响其从土壤中提取不同资源的效率。例如，分枝多的浅根更好地吸收磷(停留在表面附近)，而底部有分枝的深根更好地收集水和氮。利用这些合成基因电路，研究人员可以设计、种植和测试各种根系，为不同环境创造最有效的作物。在未来，植物可以被赋予自我优化的能力。

研究人员已经设计了1000多个潜在的电路来操纵植物中的基因表达。他们发现了188个有效的设计，并将它们上传到合成DNA数据库，供其他科学家使用。

研究人员测试了烟草植物叶子中的电路，以观察让叶细胞是否能产生水母中发现的水母发光蛋白。此外，他们还使用其中一个电路创建了一个逻辑门，可以修改拟南芥明确定义的根细胞中特定发育基因的表达。实验表明，这种环路可以改变拟南芥根系的生长结构。

研究人员表示，气候变化正在改变植物生长的环境，种植是人类获取食物、燃料、纤维和医药原料的基本途径。这项工作旨在帮助人类拥有即使在环境条件变坏时也可以种植的品种。  

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