新研究揭示植物“快速行动”以抵御感染的机制 或可提高作物产量并对抗全球饥饿

Rhee解释说：“了解植物如何对压力环境做出反应，对于制定战略以保护重要的粮食和生物燃料作物免受不断变化的气候影响至关重要。”

Zhao和Rhee与卡内基·梅隆大学的Benjamin Jin以及斯坦福大学的Deze Kong和Christina Smolke在《eLife》上发表的新工作，研究了一种名为camalexin的植物防御化合物的生产是如何在基因水平上被激活的。

“由于植物生长在一个固定的位置，它们无法逃离捕食者或病原体，”研究人员解释说。“相反，它们已经进化到产生帮助它们抵御入侵者的化合物，还有其他功能。”

Camalexin，像其他植物代谢物一样，是称为酶的蛋白质合成的，它执行细胞的许多功能职责。当植物处于环境压力下时，它激活了编码这些酶的基因。研究人员着手阐明一个植物细胞如何能够迅速启动“生产线”，并在适当的时候对外部条件或威胁作出反应。

一个细胞的遗传物质编码了制造这些camalexin生产酶的配方，以及细胞在其生命的每个阶段的各种条件下进行必要功能所需的所有蛋白质。这是一个很大的信息量。这就是为什么细胞中的遗传密码的组织是如此关键。

“想象一下，一个细胞的基因组是一个巨大的图书馆，每个基因是一本书，而每个染色体是一个极其巨大的书架，”Rhee说。“细胞有不同的机制，可以在这个庞大的信息库中迅速找到它所需要的基因，以便它能够被转录和翻译，制造出编码的蛋白质，并对环境条件做出反应，包括威胁和压力。”

这些策略包括在所有基因和相关材料（统称为染色质）的结构中添加或删除标签或标记，这可以增强或抑制特定基因的表达。有时，激活和抑制元素同时存在，这种现象称为二价染色质。

研究人员能够阐明一种从未被描述过的二价染色质类型的存在--他们称其为kairostat，它使camalexin的生物合成途径保持不活动，直到有一个病原体信号。他们的研究结果表明，需要这两个元素来控制植物对外部压力反应的适当时机。

“Camalexin和其他防御化合物通常非常昂贵，而且对植物来说是有毒的。所以，植物一直制造它们是很不利的，”研究人员说。“植物科学家们早就知道，当植物受到害虫和病原体的攻击时，这些防御化合物正好被制造出来。我们现在对一个分子机制有了新的掌握，该机制使camalexin的生产有了精确的时间。这一发现可以为应对气候变化和全球饥饿的战略提供信息，甚至可以为植物源药物的合成提供信息。”

展望未来，该小组希望对参与建立和去除表观遗传标记的所有蛋白质进行定性，以确定更多的kairostats，并更好地了解它们在环境反应和其他植物功能中的作用。