土豆是世界上第三大消费食品，也是一种美味的零食。但现代农场的马铃薯需要大量硝酸肥形式的氮，不仅成本高昂，而且对环境有害。
一组研究人员发现，告诉土豆何时生长花和块茎（可食用部分）的遗传机制在植物的氮管理中也发挥着关键作用。调查结果于 11 月 6 日在《新植物学家，可能会导致发展需要较少肥料的马铃薯品种，为农民节省资金并减少马铃薯种植的环境足迹。
马铃薯原产于安第斯山脉，最初只在冬季种植块茎，作为储存营养的一种方式，从白天的缩短中得到启发。因此，这些植物在 16 世纪引入欧洲时面临着重大挑战。冬季日照变短，气温冰冻，植物在长出大土豆之前就被杀死了。
最终，基因发生自然突变圣CDF1控制块茎生长的物质可以帮助马铃薯植株适应在任何时间甚至更北的地方生长块茎。这些植物不再需要季节线索。
研究人员正在研究圣CDF1为了了解它如何调节植物对日光周期的反应，发现它像一个开关一样工作，激活某些基因，同时关闭其他基因。但他们惊讶地发现它可以打开和关闭氮吸收所必需的基因，巴塞罗那农业基因组研究中心的植物分子生物学家 Maroof Ahmed Shaikh 说。至关重要的是，圣CDF1关闭一种称为硝酸盐还原酶的酶的产生，这种酶会分解硝酸盐分子，以便植物可以利用它们。
这一发现表明，使马铃薯成为全球主食的基因调整也使这些植物更加需要肥料。
为了测试调整这个基因是否会影响氮的吸收，研究人员种植了带有残疾的马铃薯植株。圣CDF1基因在低氮环境中（大约比典型土壤低 400 倍）并研究了它们与正常马铃薯植物相比的表现。这圣CDF1-缺乏氮的植物无法生长块茎，但尽管缺乏氮，它们却能产生更大的叶子和更长的根。 “他们看起来很高兴，”谢赫说。
安第斯品种可能活性较低圣CDF1研究小组解释说，基因可以在较少的氮肥下生长得更好。
然而，它是更积极的形式圣CDF1全世界种植的所有商业马铃薯品种中都存在这种物质。农业基因组学研究中心的植物生物学家萨洛梅·普拉特 (Salomé Prat) 表示，这种权衡是主要作物吸收氮的能力较差。普拉特说，“这是一个问题”，因为它导致农民使用的肥料超出了植物的吸收能力。 “下雨时，多余的化肥会流入地下水，污染地下水。”
这一发现为开发氮效率更高的马铃薯品种打开了大门。研究人员计划使用基因编辑技术来调整产生硝酸还原酶的基因，使其不会被抑制圣CDF1。该团队进行的实验表明，这在理论上是可能的。通过传统育种，将农场马铃薯与自然改变硝酸还原酶基因的野生或传统品种杂交，也可以实现同样的目标。
“氮吸收是农业的主要障碍之一，”马德里植物生物技术和基因中心的植物生物学家 Stephan Pollmann 说，他没有参与这项新研究。波尔曼说，除了在科学上有趣之外，事实上，这一发现是在马铃薯中进行的，马铃薯是一种世界各地种植的真正作物，对粮食安全至关重要，这使得这一发现可能成为“粉碎”。 “如果你能改善硝酸盐的同化，那么植物的营养就会变得更大，这是非常重要的。”
