这项合作研究探讨了鲜为人知的玉米（又名玉米）和其他谷物农作物衰老过程的遗传结构，该研究发表在《植物细胞》（The Plant Cell）上，这是植物科学方面同行评议最热门的科学期刊之一。植物遗传学家，科学学院遗传与生物化学系助理教授Rajan Sekhon是该论文的主要作者和相应作者，该论文名为“整合的基因组规模分析确定了玉米衰老的新基因和网络”。

Sekhon说：“衰老意味着'细胞或器官在它所属于的有机体手中死亡。” “它几乎发生在任何地方，甚至在动物中也是如此。我们杀死了我们不需要的细胞。当秋天的天气变化时，我们在树上留下了漂亮的秋天颜色。在秋天开始时，植物意识到它们不能维持叶子，它们杀死叶子。这完全与能源经济有关。”

结果，叶子在变色后消失了。从叶片清除的能量存储在植物的树干或根中，并在明年春天用于快速繁殖叶片。这对于树木来说是很有意义的。但是对于其他一些可食用植物，尤其是谷物作物，如玉米，水稻和小麦，情况却大不相同。

Sekhon说：“这些农作物的播种非常谨慎，农民以化肥的形式提供了过量的养分。” “叶片可以通过光合作用而不是过早地死亡，而是继续通过光合作用来制造食物。了解玉米等农作物衰老的诱因意味着科学家可以以有益于饥饿世界的方式改变植物。”

Sekhon的研究生涯横跨分子遗传学，基因组学，表观遗传学和植物育种，他于2014年成立了他的实验室，担任助理教授。在玉米研究界广泛使用的“基因图谱”的开发中，他发挥了关键作用。他在顶级同行评审期刊上发表了几篇论文，研究复杂植物性状的调控。

Sekhon说：“如果我们可以减缓衰老，这可以使植物在更长的时间内保持绿色或不衰老。” “植物育种者一直在选择衰老较晚的植物，而没有完全了解衰老在分子水平上的作用。”

这些被称为“常绿”的植物名不虚传。面对干旱和高温等植物压力大的环境因素，它们可以保持绿色的时间更长，产量更高，并且更有韧性。

但是，即使存在保持绿色的植物，对衰老的分子，生理和生化基础仍然知之甚少。衰老是一个复杂的性状，受多种内部和外部因素影响，并受许多共同起作用的基因的调控。因此，现成的遗传方法无法完全阐明这一神秘过程。Sekhon和他的同事的突破是系统遗传学方法的结果。

Sekhon和其他研究人员研究了玉米中保持绿色性状的自然遗传变异。平心在线. 该过程涉及种植400种不同的玉米类型，每种基因基于DNA指纹（即基因型）在遗传上互不相同，然后测量其衰老（即表型）。然后，研究小组将每个自交系的“基因型”与其“表型”相关联，以鉴定出可能导致衰老的64种候选基因。

Sekhon说：“实验的另一部分是取一种保持绿色的植物和一种不保持绿色的植物，观察衰老过程中约40,000个基因的表达。” “我们的研究人员每隔几天检查一次样本，询问在特定时间段内哪些基因正在表达。这鉴定出600多个基因，这些基因似乎决定了植物是否会保持绿色。

“每种方法的主要问题之一是假阳性的发生，这意味着检测到的某些基因是骗子，还有假阴性的实例，这意味着我们错过了某些因果基因。”

因此，Sekhon和他的同事不得不使用“蒸汽遗传学”方法将两个大型实验的结果精心组合在一起，以鉴定一些高可信度的靶基因，可以进一步测试这些基因以确认其在衰老中的作用。他们结合数据集将范围缩小到14个候选基因，并最终详细检查了两个基因。

Sekhon说：“最显着的发现之一是糖似乎决定了衰老。” “当糖没有通过光合作用从叶片上移开时，这些糖分子就会开始发出信号以引发衰老。”

但是，并非植物中发现的所有形式的糖都能够发出信号。Sekhon及其同事在这项研究中发现的基因之一似乎将叶片细胞中的复杂糖分解为较小的糖分子-六碳糖，如葡萄糖和果糖-能够传递衰老信号。

塞康说：“这是双重打击。” “我们不仅失去了这些植物所生产的多余糖，这些植物可以养活更多的饥饿的嘴。叶子中这些未使用的糖开始衰老，并一起停止糖的合成过程。”

这对粮食安全意义重大。这些植物产生的糖应转移到可用于食物的各种植物器官中。

“我们发现植物正在仔细监测种子的填充。糖的分配是衰老的关键因素。我们发现即使在美国种植的玉米品种中也存在许多遗传变异。”

一些植物填充种子，然后可以开始填充植物的其他部分。

Sekhon说：“至少一些保持绿色的植物能够通过在茎中储存额外的能量来做到这一点。” “收获种子时，田间剩下的任何东西都称为秸秆。”

秸秆可以用作动物饲料或生物燃料的来源。随着粮食和能源需求的增长，人们对开发既提供谷物又提供秸秆的两用作物的兴趣日益浓厚。随着农田的稀缺，感觉衰弱的植物后来变得越来越重要，因为它们每棵植物产生的总能量更多。

这项研究中鉴定出的基因可能在其他谷物作物中发挥相同的功能，例如水稻，小麦和高粱。Sekhon说，下一步是使用突变体和转基因检查这些基因的功能。

塞康说：“最终目标是帮助地球并养活不断增长的世界。随着气候不断恶化，土地和水源不断减少以及人口增加，粮食安全是人类面临的主要挑战。”