生态学家通过分析不同植物在根系资源投资和收益上的权衡关系（trade-off），提出了根系经济学谱（root economics spectrum）的理论假设，即有些植物种的吸收根较细，构建成本低，有助于快速进行养分吸收，但根寿命较短；而有些植物种的吸收根较粗，构建成本高，养分获取较慢，但根的寿命较长。“根系经济学谱”理论反映了不同的根系性状之间存在关联性，而这种关联性有助于植物种对局地环境进行适应。“根系经济学谱”理论是根系生态学的核心研究问题之一，但目前对于 “根系经济学谱”的形成基础仍不明确。

近期，陈伟乐研究员联合美国得克萨斯大学奥斯汀分校Thomas Juenger教授等团队，从功能性状遗传的角度探讨了“根系经济学谱”理论的分子基础。该研究通过以能源作物柳枝稷（switchgrass）作为研究对象，证实了根系的形态、生长和周转等性状之间存在遗传相关性。实验和数据分析表明，把源自低纬度lowland生态型的等位基因转换为源自中高纬度upland生态型的等位基因，可以减少单位根长的构建成本，但会增加吸收根的周转率。根系构建成本和根系周转之间的遗传权衡促进了根系构建、生长和周转等策略沿物种分布范围（从温暖到寒冷的气候梯度）的局地适应。

图1： 柳枝稷主要功能性状的遗传关联性

此外，柳枝稷作为一种能源作物，其地上的生物质被认为是化石燃料的替代品，而它的地下根系则有助于把叶片光合固定的碳储存在土壤中。该研究发现，增加柳枝稷的地上产量与增强其根源性碳固存在遗传和基因调控上并不直接冲突，表明了柳枝稷在 “减排”和“固碳”这两方面实现双赢的巨大潜力。

研究成果以“The genetic basis of the root economics spectrum in a perennial grass”为题，于2021年11月19日在线发表于PNAS。浙江大学生命科学学院陈伟乐研究员为第一和共同通讯作者，浙江大学生命科学学院为论文第一作者单位。合作者来自美国得克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)，俄克拉何马州立大学(Oklahoma State University)和密苏里大学(University of Missouri)。

原文链接：https://www.pnas.org/content/118/47/e2107541118