研究人员发现，加泰罗尼亚沿海地区的野生植物物种 Brassica fruticulosa 中存在两种不同的土壤盐碱适应策略，并确定了相关的特定基因。这项研究旨在增强同一科的农业植物，如油菜和芥菜，抵御全球性土壤盐碱化问题的韧性。
来自巴萨罗那自治大学（UAB）的研究人员已经识别出在加泰罗尼亚沿海地区发现的不同种群的野生植物物种 Brassica fruticulosa 对土壤盐碱的两种不同适应策略，并找到了相关基因。这些发现将有助于探索增强同一植物科的农业物种（包括油菜和芥菜）在应对全球土壤盐碱化这一重大挑战时的韧性的方法。
这项最近的研究发表在 美国国家科学院院刊（PNAS） 上，由巴萨罗那自治大学植物生理学实验室的研究人员Sílvia Busoms、Glòria Escolà和Charlotte Poschenrieder进行，合作团队包括诺丁汉大学（英国）、马克斯·普朗克生物学研究所（德国）和布拉格查尔斯大学（捷克共和国）。
近年来，UAB的研究人员与诺丁汉大学合作，沿加泰罗尼亚海岸开发展开了一个研究模型，分析环境因素如盐碱如何与植物科的野生种群的适应相互作用。尽管早期研究侧重于常用的生物研究模型 Arabidopsis thaliana，这次的关注转向了与栽培种如油菜 (Brassica napus) 和芥菜 (Sinapis alba) 在遗传和形态上更密切相关的 Brassica fruticulosa。
研究显示，加泰罗尼亚的沿海 B. fruticulosa 种群采用两种不同的方法来应对土壤盐碱。北部地区（Cap de Creus）的种群能够限制根部向茎部输送钠，从而保护植物的地上部分。相反，来自中央地区的种群则倾向于在叶子中积累钠，但具有有效的渗透调节和隔室化机制，使它们能够耐受高水平的钠。
研究人员惊讶地发现，两个相同物种的种群位于彼此非常接近的地方，却在相似的环境条件下进化出如此不同的方式。“通常，人们认为面对相似压力的物种会以类似的方式进化。然而，尽管土壤盐碱在加泰罗尼亚沿海地区是一个重要的选择因素，但其他影响因素也一定影响了这种十字花科物种的近期进化，”Sílvia Busoms指出。在地理上相近的植物种群之间的这种分歧是罕见的，这并非仅仅由于其不寻常的特性，而是因为大多数研究考察的是更大的地理范围。
特拉蒙塔纳风或许能解释这种分歧
研究人员仔细分析了所有种群的土壤特征和气候条件。发现的唯一显著差异是蒸散率，北部地区由于特拉蒙塔纳风的频繁影响而较高。“随着蒸散率的增加，如果植物没有钠排除机制，就会吸收更多的水和钠。因此，中央沿海地区的植物采用的策略可能不足以应对更北方的严酷条件。我们假设，尽管这两个种群相邻，北部的 B. fruticulosa 在处理高盐和高蒸散的能力上进化地有所不同，”Charlotte Poschenrieder指出。
为了深入探讨这两种适应策略的遗传基础，研究人员首先建立了 B. fruticulosa 的参考基因组。这一努力有助于扩大来自加泰罗尼亚语区的真核生物物种的参考基因组目录，作为地球生物基因组计划的一部分，促进未来对该物种的研究。随后，他们对18个种群进行了测序，并进行了遗传和转录组分析，确认了观察到的策略并确定了与盐碱耐受性相关的候选基因。
土壤盐碱是对全球农业的重大威胁，其在已经贫瘠的土壤（如地中海地区的土壤）中产生的负面影响更为严重。了解这些地区植物如何适应盐分对于增强面临气候变化的栽培物种的韧性至关重要。“这项研究将 B. fruticulosa 定位为宝贵的有利基因变异来源，并强调加泰罗尼亚所存在的遗传多样性是研究盐碱土壤适应的关键模型，”研究人员总结道。
