柳枝稷作為潛在的生物能源作物具有吸引力，因為它可以生長多年而無需重新種植。柳枝稷比典型的一年生作物如玉米需要更少的肥料，可以在土壤中和空氣和水道中保留更多的氮，磷和碳。但是，與玉米不同，柳枝稷的最佳性狀育種仍處于早期階段。

現(xiàn)在，與美國能源部或美國能源部，聯(lián)合基因組研究所，美國能源部科學(xué)用戶設(shè)施辦公室和德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校合作，密歇根州立大學(xué)的大湖生物能源研究中心研究人員已確定具體部位植物內(nèi)的遺傳密碼可以促進(jìn)較大的柳枝稷收獲，同時減少潛在的作物缺陷。

密歇根州立大學(xué)植物生物學(xué)助理教授David Lowry和UT奧斯汀綜合生物學(xué)教授Thomas Juenger領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊確定了在廣泛的氣候條件下促進(jìn)柳枝稷生長的基因 - 這些植物可以培育成包括在內(nèi)這些遺傳標(biāo)記。

此外，研究人員發(fā)現(xiàn)柳枝稷中的一些適應(yīng)性特征通?？梢栽诓粨p害植物健康的情況下得到改善。這項研究的結(jié)果發(fā)表在本周的“美國國家科學(xué)院院刊”上。

與許多馴化植物一樣，柳枝稷具有適應(yīng)不同地理區(qū)域的多個栽培品種。北部高地柳枝稷通常生活在南達(dá)科他州，密歇根州和威斯康星州等山脊和草原地區(qū)。這個品種并不介意寒冷，可以在寒冷的冬天生存，就像北方的許多事情一樣。

然而，北方柳枝稷的生長速度并不像南部低地生態(tài)型那么大，而是生長在從密蘇里州和堪薩斯州到德克薩斯州的濕潤，沼澤地區(qū)。南方栽培品種也具有更強(qiáng)的抗蟲性，可以更好地抵御干旱和洪水等極端條件。另一方面，南方的生態(tài)型不能忍受寒冷的冬天，經(jīng)常在天氣變得寒冷時死亡。

為了充分利用兩個方面的優(yōu)勢，Lowry，Juenger及其合作伙伴在美國中部 - 從德克薩斯州到南達(dá)科他州 - 設(shè)計了一個實驗，以確定哪些地方導(dǎo)致適應(yīng)寒冷北部地區(qū)的品種與南部地區(qū)之間存在差異。區(qū)域。

“我們感興趣的是，在一些地方(比如在南方)提高性能的地點往往會在其他地方(比如在北方)的成本或權(quán)衡取得成功，”Juenger說。“這10個地點主要是為了讓我們在過去幾年中遇到或與柳枝稷群落相互作用的人參與進(jìn)來 - 并涵蓋了物種的緯度分布。我們真的試圖建立田間種植作為社區(qū)資源。“

首先，他們創(chuàng)造了兩個品種的雜交品種，然后在覆蓋整個地理區(qū)域的10個地點種植了數(shù)百種相同的柳枝稷雜交種。然后，比較雜種與每個位點的親本品種的生長，研究人員使用稱為數(shù)量性狀基因座或QTL定位的方法分離了有益結(jié)果的遺傳原因。

南方品種通常是較大的草，因此研究人員經(jīng)常認(rèn)為它的位點將是增加雜交種大小的唯一原因。令人驚訝的是，該實驗表明，北方柳枝稷基因也在增加生物量方面發(fā)揮作用。

“這意味著如果我們可以通過雜交將這些基因組結(jié)合在一起，我們實際上可以得到產(chǎn)量更高的植物，”洛瑞說。

遺傳適應(yīng)通常需要權(quán)衡。例如，賦予北方冬季抗寒能力的特性可能會使資源從增長中分流。同樣，南方適應(yīng)植物中生長基因的流行可能會降低其耐寒性。

在這項研究中，增長的有利特征在該國的一個地區(qū)得到表達(dá)，而其他地區(qū)則沒有減少。“這告訴我們一些關(guān)于適應(yīng)如何運(yùn)作以及它如何為農(nóng)業(yè)帶來利益的信息，”洛瑞說。“如果我們可以在這些地點選擇，我們可以獲得一個沒有太多成本的好處。”

因為他們設(shè)計的研究涵蓋了如此廣闊的地理區(qū)域，該小組可以隔離這些雙贏的遺傳方案。

“通常只有兩個現(xiàn)場參與這些類型的實驗，但我們有10個，”洛瑞說。“所以我們有一個更好的想法，就是這些基因座的成本要低得多。”

“我們對植物在不同環(huán)境中的調(diào)整方式有了新的認(rèn)識，”洛瑞說。“了解柳枝稷如何適應(yīng)美國北部與美國南部將使我們能夠利用這些知識將其作為生物能源作物進(jìn)行改良。”