植物器官常以扭转方式生长。最新研究发现，决定这种行为的不是整株植物的基因缺失，而是表皮层中基因表达的微调，这为改良作物根系提供了新思路。
从牵牛花沿着篱笆盘旋而上，到葡萄藤在棚架间打着旋生长，扭转式生长在植物界非常常见。对植物来说，这不是缺陷，而是一种解决问题的能力。地下的根更是如此，它们会不断向左或向右偏转，躲开石块和障碍物。
科学家早就知道，一些影响微管结构的基因发生突变，会让植物长得“拧巴”。过去研究的大多是功能完全缺失的突变，也就是某个基因彻底不起作用，植物因此出现扭转生长。问题在于，完全失去一个基因通常会带来一连串严重后果，但现实中，扭转生长却是一种非常普遍、稳定的进化适应。
这个矛盾长期困扰着植物学家。圣路易斯华盛顿大学的生物学家 Ram Dixit 和他的团队给出了一个更合理的解释，相关成果发表在《Nature Communications》。
答案并不在于基因有没有，而在于基因在哪里、如何表达。研究发现，植物不需要发生彻底的基因缺失，只要在一个特定位置改变基因表达，就足以引发扭转生长。这个位置，就是植物的表皮层。
这或许解释了为什么这种生长方式如此普遍。只需要在表皮层对某些基因做细微调整，而不是让整个植株承受高风险的突变，植物就能获得新的生长策略。
这项研究来自美国国家科学基金会支持的工程力学生物学中心，一个把生物学家、工程师和物理学家拉到同一张桌子前的跨学科联盟。团队把遗传实验和力学建模结合在一起，发现了一个清晰的物理规律。
简单说，根部由一层层同心细胞组成，像树干的年轮。最外侧的表皮层，对整体形态的影响远远大于内部细胞层。就像中空金属管，虽然材料更少，但在抗扭方面几乎和实心棒一样强，几何结构本身决定了力量分布。
研究人员用一种模式植物，观察根是如何向左或向右偏转的。他们最初怀疑，问题出在内部的皮层细胞，这些细胞在突变体中变得又短又宽。理论上，表皮为了维持结构完整性，不得不“倾斜”去配合这些内层细胞，从而导致整体扭转。
关键实验验证了谁在“发号施令”。当研究人员只在内层细胞中恢复正常基因表达时，根依旧保持扭曲，几乎没有变化。但当同一个基因只在表皮层表达时，根立刻恢复笔直生长。
这说明，真正主导扭转行为的，是表皮层。工程模型进一步量化了这一点。即使只有表皮细胞发生偏斜，也能产生完整扭转效果的约三分之一。而一旦把表皮“校正”，整个根都会随之变直，数学结果非常明确，外层说了算。
更有意思的是，表皮层的改变还能反过来影响内部细胞。即便内层仍然带有突变，它们的形态也会被“带着走”，从短而宽，变得更接近正常状态。这表明，表皮并不是一层被动的外壳，而是整个器官生长的力学协调者。
理解植物如何扭转生长，不只是学术好奇心。在气候变化加剧、干旱频发、耕地逐渐向多石和板结土壤扩展的背景下，作物能否让根系顺利穿行土壤，直接关系到产量和生存。
如果未来可以精确调节根系的扭转程度，在恶劣环境中让根像钻头一样绕过障碍，这项发现提供了清晰的目标，也给农业科学带来了一种全新的工程视角。
王摸鱼2025秋款拉链卫衣