研究發(fā)現(xiàn)植物有針對(duì)不同類型攻擊的預(yù)防防御系統(tǒng)

工廠的防御系統(tǒng)是合作的 - 當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)系統(tǒng)可以接管，至少部分可以接管。挪威科技大學(xué)(NTNU)生物系的研究人員一直在與倫敦帝國(guó)理工學(xué)院和塞恩斯伯里實(shí)驗(yàn)室的同事合作，以更多地了解植物如何保護(hù)自己。他們的研究結(jié)果發(fā)表在Science Signaling上。

植物的細(xì)胞壁起到外骨骼的作用，可以保護(hù)它們免受威脅。這種結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，因此，植物已經(jīng)開(kāi)發(fā)出監(jiān)測(cè)細(xì)胞壁并檢測(cè)細(xì)胞壁何時(shí)受損的機(jī)制。當(dāng)細(xì)胞壁受到損害時(shí)，植物通常會(huì)盡量減少損傷并進(jìn)行修復(fù)。目標(biāo)是恢復(fù)植物的正常狀態(tài)或平衡狀態(tài)。

工廠需要根據(jù)威脅的類型做出不同的反應(yīng)。最初，植物不能辨別細(xì)胞壁的損傷是否是由干旱或疾病引起的。那么植物如何識(shí)別危險(xiǎn)并提供正確的反應(yīng)呢?

NTNU的副教授Thorsten Hamann一直在尋找這個(gè)問(wèn)題的答案。“干旱需要植物來(lái)調(diào)節(jié)其新陳代謝，而疾病需要植物激活各種免疫反應(yīng)，”哈曼解釋說(shuō)。根據(jù)威脅，涉及不同的化學(xué)過(guò)程。對(duì)細(xì)胞壁的物理?yè)p傷需要與疾病完全不同的免疫解決方案。

研究人員將擬南芥(擬南芥)暴露于各種傷害，以了解植物如何反應(yīng)。Thale水芹是十字花科(Brassicaceae)中相當(dāng)常見(jiàn)的維管植物。它通常是一年生的，相當(dāng)容易生長(zhǎng)，并且該物種的30,000個(gè)基因被完全映射。因此，該物種通常被研究人員用作模式生物，以提供對(duì)生物過(guò)程的洞察。他們希望結(jié)果對(duì)其他物種也有效。

植物的細(xì)胞壁由蛋白質(zhì)和各種糖類(碳水化合物)組成，如纖維素，果膠和木質(zhì)素。研究人員用一些破壞細(xì)胞壁的酶攻擊了一些植物。其他植物添加了抑制纖維素形成的物質(zhì)。然后研究人員調(diào)查了植物的化學(xué)反應(yīng)。

他們斷開(kāi)27個(gè)基因來(lái)觀察這些影響。其中五個(gè)基因?qū)S持細(xì)胞壁平衡很重要。該實(shí)驗(yàn)為鑒定植物防御機(jī)制中涉及的多種酶(激酶)和通道蛋白提供了基礎(chǔ)。許多基因參與產(chǎn)生這些物質(zhì)。

最有趣的發(fā)現(xiàn)似乎是兩個(gè)防御系統(tǒng)可以作為彼此的一種備份。“我們發(fā)現(xiàn)，如果我們阻止植物的免疫反應(yīng)，保持細(xì)胞壁平衡的機(jī)制可以部分彌補(bǔ)這種阻塞。它們成為一種后備防御系統(tǒng)，”哈曼說(shuō)。

Science Signaling中的文章大大改善了對(duì)外部影響觸發(fā)植物特定反應(yīng)的關(guān)系的理解。“我們可以看到不同的物理影響如何引發(fā)不同的特定化學(xué)反應(yīng)，”哈曼說(shuō)。知道這一點(diǎn)，很容易看出人類可以影響植物以某種方式作出反應(yīng)。

除了有趣的基礎(chǔ)研究之外，該結(jié)果還具有實(shí)用性。了解植物中各種防御機(jī)制的更多信息為解決方案開(kāi)辟了新的可能性，這些解決方案可以幫助植物更有效地抵御不同的威脅。

擬南芥實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以在農(nóng)業(yè)中發(fā)揮重要作用，例如培育能夠生產(chǎn)更好作物的水稻和玉米品種。每年生產(chǎn)超過(guò)10億噸玉米，大米產(chǎn)量約為7.5億噸。許多人和牲畜依賴這些植物作為其飲食的核心部分。大量人口將從這項(xiàng)研究中獲得特別有價(jià)值的體驗(yàn)。

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