Nature Plants|植物如何对危险做出响应
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拟南芥, 一种十字花科的小型开花植物
图片来源: Salk Institute
就像人类和其他动物一样，植物也有激素。植物激素的一个作用是察觉到问题，不管是昆虫袭击、干旱、高温还是寒冷，然后向植物的其他部分发出信号作出反应。
来自Salk研究所的研究人员领导的一个多中心研究小组报告了关于植物如何对一种叫做茉莉酸的激素作出反应的新细节。这项发现发表在2020年3月13日的《Nature Plants》上，揭示了一个复杂的通讯网络。 这一知识可以帮助研究人员开发更耐寒和更能经受攻击的作物，尤其是在气候迅速变化的时代。
“这项研究为我们展示了茉莉酸这种植物激素如何在不同水平发挥作用，”通讯作者之一、Howard Hughes医学研究所研究员 Joseph Ecker 教授说。“它使我们了解如何处理环境信息和发展信息，以及如何确保适当的生长和发展。”
研究中使用的植物是拟南芥，一种十字花科的小型开花植物。 由于它的基因组已经研究的很透彻，这种植物是一种流行的模式系统。科学家们可以把他们从拟南芥中学到的知识应用到其他植物上，包括供食用的植物。茉莉酸不仅存在于拟南芥中，而且在整个植物界都存在。
茉莉酸对植物抵御真菌和昆虫的防御反应特别重要，”共同第一作者Mark Zander说，他是Ecker实验室的研究员。“我们想精确地了解植物感知到茉莉酸后会发生什么。哪些基因被激活和失活，哪些蛋白质被产生，哪些因素控制着这些精心策划的细胞过程?”
研究人员从培养皿中培养的植物种子开始。他们把种子放在黑暗中三天，以模拟种子在地下最初几天的生活。“我们知道这个成长阶段非常重要，,” 第一作者之一、通讯作者之一 Mathew Lewsey 说，他是澳大利亚墨尔本拉筹伯大学的副教授，之前曾在 Ecker 的实验室工作。在土壤中的最初几天对幼苗来说是一个具有挑战性的时期，因为它们面临昆虫和真菌的攻击。“如果你的种子不能在土壤中成功发芽，那么你将没有收成，” Lewsey 补充道。
三天后，植株暴露于茉莉酸中。然后，研究人员从植物细胞中提取 DNA 和蛋白质，并使用针对它们感兴趣的蛋白质的特定抗体来捕获这些调节因子的确切基因组位置。通过使用各种计算方法，研究小组随后能够确定对植物对茉莉酸的反应有重要影响的基因，而且，对于细胞与其他植物激素途径的cross talk也有重要影响。
在整个系统中最重要的两个基因是 MYC2和 MYC3。这些基因编码的蛋白质是转录因子，这意味着它们调节许多其他基因的活动，或者在这种情况下调节成千上万个其他基因的活动。
“过去，MYC 基因和其他转录因子的研究都是以线性方式进行的，” Lewsey 解释道。 “科学家们观察一个基因如何与另一个基因连接，然后再连接下一个，如此类推。这种方法本质上是缓慢的，因为有很多基因和很多联系。我们在这里所做的是创建一个框架，通过这个框架，我们可以同时分析许多基因。”
“通过破译所有这些基因网络和子网络，帮助我们理解整个系统的架构，” Zander 说。 “我们现在已经有了一幅非常全面的图片，在植物的防御反应过程中，哪些基因是开启和关闭的。 有了CRISPR基因编辑技术，这些细节可以用于培育能够更好抵御害虫攻击的作物。”
这项工作的另一个值得注意的方面是，所有来自研究的数据都可以在索尔克的网站上找到。 研究人员可以利用这个网站搜索更多关于他们研究的基因的信息，并找到针对这些基因的方法。
文献来源:
Zander, M., et al. Integrated multi-omics framework of the plant response to jasmonic acid. Nat. Plants 6, 290–302 (2020). doi.org/10.1038/s41477-020-0605-7
https://www.nature.com/articles/s41477-020-0605-7
新闻报道来源：
https://phys.org/news/2020-03-alarm-danger.html
作者单位：Salk Institute
译文校稿：LuLu
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