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植物叶龄决定了其受自然灾害和病虫害侵袭时的响应分工
日期:2019-03-18 作者:编译:张晓静 来源:农科智库 点击:
     马克斯普朗克植物育种研究所(Max Planck Institute for Plant Breeding Research)的研究人员在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上发表的一项新研究表明,对于叶龄大和叶龄小的叶片而言,它们对于物理胁迫和生物胁迫作出的植物响应之间的生物串扰不尽相同,因此当同时遭遇两种胁迫时,就能达到最佳的植物性能。
    植物与动物不同,不能自由移动以躲避威胁到生命安全的情况。有了这一限制,就让植物必须运用其他策略来保护自己免遭自然环境中多种多样的胁迫。这些自然环境中的胁迫可能是干旱、高盐度等物理性(非生物)胁迫,也可能是来自病原细菌、虫害的袭击等生物胁迫。植物潜在的保护机制涉及到可诱导的胁迫响应,这些胁迫响应是针对各个胁迫特殊演化的。但是,植物能获得的资源有限,也就意味着特殊化的防御仍然存在问题:可诱导的胁迫响应只针对干旱、对病原体袭击抵抗力低下等某一种物理性胁迫。那么,如果植物同时遭遇物理性胁迫和生物胁迫会怎样?目前,德国科隆(Cologne)马克斯普朗克植物育种研究所的研究人员对这一问题作出了回答,其负责人为津田研一(Kenichi Tsuda)和保尔·舒兹列菲特(Paul Schulze-Lefert)。
    许多植物的胁迫响应都会受到一种叫做植物激素的小的信号分子的调控,文章作者在研究中关注的是两种特殊的胁迫通路:一种胁迫会受脱落酸(ABA)调控,ABA能触发某种程序保护植物免受非生物胁迫;另一种则会受到水杨酸(SA)激活,水杨酸能保护植物免遭病原体侵害。为了有效分配资源,激活ABA调控防御就会抑制SA响应。为了确认植物在同时受到物理性胁迫和病原体胁迫时哪种生物串扰更重要,文章作者首先对模式植物拟南芥的两种植物激素通路之间的生物串扰进行了更为细致的研究。出乎意料的是,研究人员发现预先暴露于ABA中的植物只会阻碍叶龄较大叶片的SA依赖性响应臂的活动,使得叶龄较大的叶片对于细菌感染更为敏感,而叶龄较小的叶片则不会发生SA响应阻碍。研究人员利用RNA测序技术,确认了一种称作PBS3的基因,经证明可以保护叶龄较小的叶片免受ABA调控的免疫抑制剂作用。在干旱、高盐度等物理性胁迫情况下也有同样的发现。因此可以证明,植物基于叶龄的不同能主动平衡协调生物性胁迫响应和物理性胁迫响应。
    至关重要的是,如果缺乏PBS3,不仅叶龄较小的叶片会在生物性和物理性的双重胁迫下受到影响,还会阻碍植物生长、减少种囊的数量,最终损害植物整体的生殖适合度。因此,依赖叶龄主动平衡协调生物性胁迫响应和物理性胁迫响应能够增加双重胁迫下的植物适合度。
然而仍有几个重要问题悬而未决:例如,像作物等其他植物也会平衡协调胁迫响应以维持生长和生殖吗?PBS3怎样保护叶龄较小的叶片免受非生物胁迫激发的免疫抑制剂作用?鉴于两种胁迫响应之间会相互制衡,并对作物生产率产生显著的限制性影响,那么为了农业的可持续发展,这些问题的答案就变得至关重要了。
    (来源:马克斯普朗克植物育种研究所   北京市农林科学院农业信息与经济研究所报道)
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