在过去的十年里，每年的四月，系统生物学家罗德里戈·古铁雷斯都会驱车1600公里（1000英里）前往地球上最干燥的地区之一：智利的阿塔卡玛沙漠，那里的一些地区年降雨量不足三毫米。他的团队每年从近二十个地点采集植物和土壤样本，将样本冷冻在液氮中，并带回他在智利天主教大学的实验室。在一项发表于《美国国家科学院院刊》的新研究中，古铁雷斯和他的同事分析了植物的基因以及帮助它们在如此极端条件下茁壮成长的微生物。
“我们几乎对这些植物如何生存一无所知，”古铁雷斯说。“研究这些野生物种有很大的潜力，而且现在有了我们拥有的所有基因组工具，这变得容易了一些。”他的团队调查了来自三个海拔范围的32种植物物种，其中一些与谷物、豆类和马铃薯作物密切相关。
科学家通常在实验室种植的植物上进行基因研究，这使研究人员能够严格控制诸如植物接收的营养和光照量等因素。但是，在自然界中采集植物样本可以捕捉到基于其不同生存条件的关键差异。加州大学戴维斯分校的植物生物学家尼利玛·辛哈（Neelima Sinha）说，这项研究“将基因组学与对植物在其自然环境中行为方式的生态学理解相结合”，她没有参与这项研究。“仅凭这一点就使其非常重要。”
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为了确定有助于植物生存的基因，古铁雷斯与生态学家、植物生物学家、基因组学专家和计算机科学家合作，将采集的阿塔卡玛物种的遗传密码与密切相关的植物的遗传密码进行了比较。在研究人员称之为“基因金矿”中，他们追踪了基因组的进化变化，并确定了与应激反应、新陈代谢和能量产生相关的适应性突变。这些突变可能有助于沙漠植物耐受强烈的太阳辐射，优化水分捕获并调整开花时间。研究人员还发现沙漠植物的根部存在大量细菌，可以将空气中的氮转化为可利用的形式，从而有助于在贫氮土壤中生长。
古铁雷斯说，研究人员有可能将新发现的基因插入到食用植物和用于生物燃料的草类中，从而使这些物种在种植于更含盐的土壤和经历干旱的地区时具有更好的生存机会——预计气候变化将使这些条件变得更加严峻。