人们可以通过观察植物叶片的枯萎状态来判断植物是否缺水或缺水程度，但此时叶子在分子层面发生了什么变化呢？索尔克研究所（Salk Institute）的科学家在该问题的研究上取得了重大进展。他们发现，植物可以利用一小组蛋白质作为导体来管理自身对环境压力的复杂反应。这将有助于开发新技术来优化植物对水的利用，对于植物应对干旱和其它气候压力具有重大意义。该研究成果刊登在11月3日出版的《科学》（Science）杂志中。
植物在分子层面对压力的响应是一个高度复杂的过程，涉及上百个基因。研究已经发现了分子层面的关键导体，这将为植物更好地应对气候变化所带来环境压力提供了一些思路：如果能控制这些导体中的1个，就能控制这个导体所影响的所有基因。
植物对环境胁迫的响应能力决定了植物能否存活并茁壮成长。就像人类会分泌肾上腺素应对外部威胁一样，植物体内也有一些重要荷尔蒙可以使植物对环境压力做出反应。其中一种称为脱落酸（ABA），是一种参与种子发育和水分优化的植物激素。当水分稀少或者盐度过高时，植物的根和叶便会产生脱落酸。尽管已经知道激素会影响植物的应激反应，但激素释放后，植物会产生什么样的整体变化，科学家知之甚少。
论文的第一作者表示，仅仅几十个调控蛋白就决定了几百甚至上千个基因的表达。找到主调控蛋白并研究其如何工作，将有助于了解和控制植物的应激反应。
索尔克团队实时跟踪了植物对脱落酸产生响应时基因活性的变化，识别出各种应对不同外部压力的主要蛋白，并绘制出调节蛋白与DNA进行绑定的位置，确定了协调基因表达的关键因素。面对环境变化，这些因素使有效的细胞反应能够顺利发生。
索尔克团队重点关注了已知的能对脱落酸产生反应的调节蛋白。他们将3日龄的拟南芥幼苗与脱落酸接触，在超过60个小时的时间里，检查固定的几个时间点基因表达的变化。
在这一过程中，他们收集了包含33,602个基因的122个数据集，其中有3,061个基因至少在一个时间点进行了不同程度的基因表达。数据分析显示，控制存在等级，其中一些调节蛋白是基因表达的最主要控制者。有趣的是，特定时间点上蛋白质结合方式的快照可以在很大程度上解释长时间跨度上的基因表达。这些动态的集合体现了全基因组对环境触发的协调响应。
有些基因活动由相同的主调节蛋白触发，这表明基因控制精确而协调。发现这一点对农业具有重要意义，因为调节一个基因就可以刺激或抑制另一组基因，这可以让我们对作物的胁迫响应进行全面的干预设计。
（编译 徐倩）
