在過去的十年裡，每年的四月，系統生物學家羅德里戈·古鐵雷斯都會驅車1600公里（1000英里）前往地球上最乾燥的地區之一：智利的阿塔卡瑪沙漠，那裡的一些地區年降雨量不足三毫米。他的團隊每年從近二十個地點採集植物和土壤樣本，將樣本冷凍在液氮中，並帶回他在智利天主教大學的實驗室。在一項發表於《美國國家科學院院刊》的新研究中，古鐵雷斯和他的同事分析了植物的基因以及幫助它們在如此極端條件下茁壯成長的微生物。
“我們幾乎對這些植物如何生存一無所知，”古鐵雷斯說。“研究這些野生物種有很大的潛力，而且現在有了我們擁有的所有基因組工具，這變得容易了一些。”他的團隊調查了來自三個海拔範圍的32種植物物種，其中一些與穀物、豆類和馬鈴薯作物密切相關。
科學家通常在實驗室種植的植物上進行基因研究，這使研究人員能夠嚴格控制諸如植物接收的營養和光照量等因素。但是，在自然界中採集植物樣本可以捕捉到基於其不同生存條件的關鍵差異。加州大學戴維斯分校的植物生物學家尼利瑪·辛哈（Neelima Sinha）說，這項研究“將基因組學與對植物在其自然環境中行為方式的生態學理解相結合”，她沒有參與這項研究。“僅憑這一點就使其非常重要。”
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為了確定有助於植物生存的基因，古鐵雷斯與生態學家、植物生物學家、基因組學專家和計算機科學家合作，將採集的阿塔卡瑪物種的遺傳密碼與密切相關的植物的遺傳密碼進行了比較。在研究人員稱之為“基因金礦”中，他們追蹤了基因組的進化變化，並確定了與應激反應、新陳代謝和能量產生相關的適應性突變。這些突變可能有助於沙漠植物耐受強烈的太陽輻射，最佳化水分捕獲並調整開花時間。研究人員還發現沙漠植物的根部存在大量細菌，可以將空氣中的氮轉化為可利用的形式，從而有助於在貧氮土壤中生長。
古鐵雷斯說，研究人員有可能將新發現的基因插入到食用植物和用於生物燃料的草類中，從而使這些物種在種植於更含鹽的土壤和經歷乾旱的地區時具有更好的生存機會——預計氣候變化將使這些條件變得更加嚴峻。