合成遗传回路可以帮助植物适应气候变化的压力

全球粮食生产正日益受到气候变化影响的威胁。随着洪水、干旱和极端热浪变得越来越普遍，作物需要能够比以往更快地适应。

斯坦福大学的研究人员正在研究如何操纵植物的生物过程，以帮助它们在各种条件下更高效地生长。生物工程助理教授詹妮弗·布罗菲(Jennifer Brophy)和她的同事设计了一系列合成遗传回路，使他们能够控制不同植物细胞做出的决定。

在最近发表在《科学》杂志上的一篇论文中，他们使用这些工具来种植根结构改良的植物。他们的工作是设计能够更好地从土壤中收集水和养分的作物的第一步，并为设计，测试和改进用于其他植物应用的合成遗传回路提供了框架。

“我们的合成遗传回路将使我们能够建立特定的根系或非常特定的叶子结构，以了解对于我们知道即将到来的具有挑战性的环境条件而言，什么是最佳的，”布罗菲说。“我们正在使工厂的工程设计更加精确。

工厂的编程代码

目前的转基因作物品种使用相对简单，不精确的系统，导致其所有细胞表达抵抗除草剂或害虫所必需的基因。为了实现对植物行为的精细控制，布罗菲和她的同事构建了合成DNA，其工作方式类似于计算机代码，逻辑门指导决策过程。在这种情况下，他们使用这些逻辑门来指定哪些类型的细胞表达某些基因，允许他们调整根系中的分支数量，而无需改变植物的其余部分。

植物根系的深度和形状会影响它从土壤中吸收不同资源的效率。例如，具有许多分支的浅根系更擅长吸收磷(留在表面附近)，而在底部分支的较深根系更擅长收集水和氮。利用这些合成遗传回路，研究人员可以种植和测试各种根系设计，以创造不同情况下最有效的作物。或者，在未来，他们可以赋予植物优化自我的能力。