科学家找到植物抗虫系统开关 并且尝试让其在高温下工作

摘要:

气候变化正在使植物更容易受到疾病的影响,新的研究可以帮助它们进行反击。当热浪袭来时,它们不仅给人们带来损失,我们赖以生存的植物也受到影响。这是因为当温度过高时,某些植物的防御系统不能很好地工作,使它们更容易受到病原体和虫害的攻击。

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现在,研究人员说,他们已经确定了植物细胞中的一种特定蛋白质,解释了为什么免疫力会随着温度的升高而减弱。他们还发现了一种扭转这种损失并加强植物对热防御的方法。这些发现发表在《自然》杂志上,是在一种名为拟南芥的白花植物中发现的,它是植物研究中的"实验室老鼠"。如果同样的结果在农作物中得到证实,这对变暖的世界中的粮食安全来说将是一个好消息。

科学家们几十年来一直知道,高于正常温度会抑制植物制造水杨酸的能力,水杨酸是一种防御荷尔蒙,可以启动植物的免疫系统,在入侵者造成过多损害之前阻止它们。然而,这种免疫力崩溃的分子基础并不为人所知。在2010年代中期,研究人员发现即使是短暂的热浪也会对拟南芥植物的激素防御系统产生巨大影响,使它们更容易被一种叫做丁香假单胞菌的细菌感染。

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通常,当这种病原体攻击时,植物叶片中的水杨酸水平会上升7倍,以防止细菌扩散。但是当温度上升到86华氏度以上仅仅两天,植物就不能再制造足够的防御激素来阻止感染。利用下一代测序技术,研究人员比较了受感染的拟南芥植物在正常和升高的温度下的基因读数。结果发现,许多在高温下被抑制的基因是由同一个分子调节的,一个叫做CBP60g的基因。CBP60g基因就像一个控制其他基因的主开关,因此任何下调或"关闭"CBP60g的行为都意味着许多其他基因也被关闭了,它们不制造使植物细胞建立水杨酸的蛋白质。

进一步的实验显示,当它变得太热时,开始阅读CBP60g基因中的遗传指令所需的细胞机器不能正常组装,这就是为什么植物的免疫系统不能正常工作。研究小组能够表明,CBP60g基因持续"开启"的突变体拟南芥植物能够保持其防御激素水平,即使在热应激下也能阻止细菌。

接下来,研究人员找到了一种方法来设计抗热植物,这些植物只有在受到攻击时才会打开CBP60g主开关,而且不会使其生长受阻,如果这些发现能够帮助保护植物防御系统而不对作物产量产生负面影响,那么这一点就非常关键。

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