更快更好?发展快速增长的黄麻

黄麻是孟加拉国与粮食作物一起种植的一种重要的纤维经济作物。在土地有限的情况下，最大限度地把握作物生长的时机对农民来说至关重要。为了避免长时间的重复种植，农民受益于快速生长的作物。黄麻需求量很大，但没有速生品种可供选择。随着黄麻基因组测序的完成，调控黄麻生长的基因的鉴定将是一个重要的进展。孟加拉国黄麻研究所BARJ项目的一个团队最近发现黄麻基因可以调节赤霉素的合成，赤霉素是一种控制生长的植物激素。

在农业中，现金作物包括那些作为制造业原材料种植的植物。黄麻是一种如此重要的现金作物，为其韧皮纤维种植的热带国家，其广泛的特性使其适用于日常生活中的多种用途。在孟加拉国，黄麻在土地使用受到限制的地区等粮食作物和米饭中养成。由于黄麻和水稻的种植时间重叠(最多5个月)，在有限的土地上种植这些作物给农民带来了巨大的经济压力。该解决方案可能位于具有较短寿命周期的培养快速生长的作物。用黄麻，目前是不可能的，因为只有两种栽培品种。然而，随着基因组测序的进展，生长相关基因的鉴定使得可以产生快速生长的黄麻。孟加拉国黄麻研究所的Barj项目团队最近鉴定了植物生长激素的生物合成途径中的基因，Gibberellin。

激素帮助
植物不能从一个地方移动到另一个地方，所以它们能够以特殊的方式感知并对环境做出反应。例如，植物可以感知光、重力、触觉和其他生物体的攻击，举几个例子。它们是通过细胞内一种叫做激素的特殊化学分子来做到这一点的，这种化学分子的作用非常小。就像动物产生荷尔蒙来控制它们的行为一样，植物也产生影响它们一般功能的荷尔蒙。为了对刺激做出反应，激素在细胞之间移动来传递信号，以便相应的组织能够做出反应。例如，当光被茎感受到时，一侧的细胞会产生一种激素，导致细胞生长不均，从而使茎向光源弯曲。

有五种不同类型的植物激素参与不同的生长和发育反应。每一种激素都通过植物细胞中特殊的化学途径发挥作用，在细胞、组织和器官水平上产生特定的反应。植物激素几乎控制着植物的所有生理反应，包括开花、果实成熟、种子萌发、对病原体、干旱甚至衰老的反应。几乎总是，每一种植物的反应都由不止一种激素通过多重重叠的化学途径控制。

植物激素的产生受到非常严格的控制。激素产生于植物活跃的生长区域，在细胞发育出专门的功能之前。产生激素的细胞含有特定的基因，这些基因调节每种激素的合成。这些基因编码的信息导致特定蛋白质的产生，而这些蛋白质反过来又在导致激素生物合成的过程中起作用。

由于黄麻和水稻的种植时间重叠(最多5个月)，在有限的土地上种植这些作物给农民带来了巨大的经济压力。

生长的关键是赤霉素
大约一个世纪前，日本科学家发现了真菌藤黄赤霉(giberella fujikorai)产生的一种激素，这种激素感染了水稻植株，导致水稻生长异常。后来人们发现，植物也产生这种激素，称为赤霉素(GA)。从植物、细菌和真菌中鉴定出的气体有100多种，但只有4种具有生物活性。

气体调节多种植物过程，包括种子萌发、细胞生长、花的发育和果实的老化。重要的是，GA控制茎的伸长;这是帮助20世纪60年代绿色革命的主要原理——赤霉素生物合成基因的发现导致了矮秆作物品种的发展，这种作物不会倒，但导致了粮食的高产。因此，对调节赤霉素生物合成的基因的了解也将促进黄麻等经济作物的育种技术，从而使农民能够获得最佳的生长速度。

赤霉素生物合成途径可分为早期和晚期两个阶段。这两个步骤都有不同的酶来控制GA的逐步产生。酶(即蛋白质)控制一种化学物质向另一种化学物质的转化，最终形成具有生物活性的气体。合成生物活性气体的后期步骤比早期步骤更重要。编码GA生物合成酶的基因已经在一些植物物种中被鉴定出来，但在黄麻中由于缺乏序列信息，直到现在这还不可能。

达到黄金高度
黄麻，也被称为黄金纤维，可以产生耐用、可生物降解的纤维，由于它对环境友好，具有多种用途。黄麻只有两种被广泛种植。在这些品种中，没有一种速生品种可以帮助农民加快作物的生长期，以最大限度地利用土地。随着最近黄麻基因组的测序，现在有了大量的信息资源来促进有针对性的育种，即根据控制性状的基因来选择性状。由于赤霉素控制着植物的生长速率，测试赤霉素的作用，或操纵与赤霉素生物合成相关的基因，以促进黄麻的生长是显而易见的。然而，目前还没有发现黄麻中与GA代谢相关的基因。孟加拉国黄麻研究所BARJ项目的一个团队最近研究了GA如何影响黄麻植物的生长，并确定了GA生物合成途径中的基因。

通过鉴定这些关键的生长调控基因，作者为培育快速生长的黄麻品种铺平了道路。

越来越多的基因
Honi et al.(2020)最近研究了外源喷施赤霉素和赤霉素抑制剂多效唑对黄麻植株生长的影响。研究小组发现，喷施GA可以通过增加节数(叶片与茎的连接处)和节间长度(节间距离)来增加植株高度。此外，多效唑处理降低了株高，从而表明改变黄麻植株中赤霉素的数量改变了茎长。这促使人们去鉴定调节赤霉素生物合成的基因，以便培育出快速生长的黄麻品种。

考虑到GA调节茎的伸长从而调节株高，研究人员开始鉴定黄麻中GA生物合成途径的相关基因。利用已测序的黄麻基因组，他们使用其他植物已知的GA生物合成基因查询基因数据库。因此，他们从黄麻中鉴定出22个基因参与了GA生物合成途径的早期(4个基因)和晚期(18个基因)步骤。对这些基因在何处表达的进一步研究发现，这些基因中只有一部分在植物的顶部生长区域表达。

通过鉴定这些关键的生长调控基因，作者为培育快速生长的黄麻品种铺平了道路。改变这些基因的数量将使GA的数量发生变化，从而影响黄麻植物的生长速度。这将有助于更好地利用可供农民使用的有限土地。