植物对来自物理和生物危险的反应 在幼叶和老叶之间存在差异

2019年01月22日 15:41 次阅读 稿源:快科技 条评论

1月21日,据外媒报道,研究人员发现,植物的幼叶和老叶,在面对危险时的反应不同。Max Planck植物育种研究所研究人员发表在杂志上的一项新研究表明,植物对来自物理和生物压力的反应,在幼叶和老叶之间存在差异,这使得植物在同时受到这两种压力时做出最佳的选择。

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不像动物,植物不能自由行动逃离危及生命的环境。这一限制意味着它们需要采取战略来保护自己不受自然环境中各种危险的影响。这些环境危险可能是一种物理(非生物)性质,如干旱和高盐度。也可能是一种生物性质,如攻击微生物病原体和害虫。植物的潜在保护机制涉及诱导性。

然而,植物所能获得的有限资源也意味着专门的防御也带来了一个问题:针对干旱等物理危险的诱导性应激反应,降低了对病原体攻击等生物危险的抵抗力。那么,当一株植物同时面临物理和生物压力时会发生什么呢?这个问题现在已经由德国科Max Planck植物育种研究所的Kenichi Tsuda和Paul Schulze-Lefert领导的研究人员回答了。

许多植物对危险的反应都是由称为植物激素的小信号分子介导的,在他们的研究中,作者重点研究了两种特定的压力途径:一种是由脱落酸(ABA),它触发一个程序来保护植物免受非生物应激。另一种由水杨酸(SA)激活,提供对病原体的保护。为了有效地分配资源,ABA介导的防御系统的激活抑制了SA的反应。为了确定这种串扰对同时暴露于物理和病原体压力下的植物的意义,作者首先更仔细地研究了拟南芥中两种植物激素途径之间的串扰。

令人惊讶的是,作者发现,植物对ABA的预暴露只在老叶片中阻断了SA依赖的反应臂的活动,这使得这些植物对细菌感染更加敏感,而年轻的叶片则受到保护,不受SA反应的这一阻碍。

利用RNA测序技术,他们鉴定了一个名为PBS 3的基因,该基因被证明是保护幼叶免受ABA介导的免疫抑制的作用。他们在干旱和高盐胁迫等物理胁迫下也做了类似的观察。因此,植物积极平衡基于叶龄的物理和生理胁迫反应之间的权衡。

至关重要的是,PBS 3的缺乏不仅影响了在复合胁迫下的幼叶,而且导致其生长受到损害,种子囊数量减少,从而损害了整个植物的生殖健康。因此,物理和生物胁迫反应之间的积极平衡机制取决于叶龄,这增加了植物在复合胁迫下的适应性。

还有几个重要的问题:例如,其他植物,如农作物,是否能平衡胁迫反应,以维持生长和繁殖?PBS 3如何保护幼叶免受非生物胁迫诱导的免疫抑制?考虑到压力反应之间的权衡对作物的生产力有很大的限制,对可持续农业来说,回答这些问题将是至关重要的。

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