就像人类和其他动物一样，植物也有激素。植物激素的一个作用是感知麻烦——不管是昆虫袭击、干旱、酷热还是寒冷——然后向植物的其他部分发出信号，让它们做出反应。
由索尔克研究所现任和前任研究员领导的多中心研究小组报告了植物对一种叫做茉莉酸或茉莉酸盐的激素反应的新细节。研究结果发表在2020年3月13日的《自然植物》杂志上，揭示了一个复杂的交流网络。这些知识可以帮助研究人员，比如索尔克的“利用植物计划”(harnplants Initiative)的成员，开发出更耐寒、更能抵御攻击的农作物，尤其是在气候迅速变化的时代。
“这项研究为我们提供了一幅非常详细的图片，展示了这种激素，茉莉酸，是如何在许多不同的水平发挥作用的，”约瑟夫·埃克教授说，他是该研究的共同通讯作者和霍华德·休斯医学研究所的研究员。“它使我们了解如何处理环境信息和发展信息，以及如何确保适当的增长和发展。”
研究中使用的植物是拟南芥，一种芥菜科的小型开花植物。由于其基因组已被很好地描述，这种植物是一个流行的模型系统。科学家可以把他们在A. thaliana中学到的知识应用到其他植物上，包括那些作为食物的植物。茉莉酸不仅存在于黄花蒿中，而且存在于整个植物界。
“茉莉酸对植物抵御真菌和昆虫的防御反应特别重要，”共同第一作者Mark Zander说，他是Ecker实验室的研究员。“我们想精确地了解植物感知到茉莉酸后会发生什么。哪些基因被激活和失活，哪些蛋白质被产生，哪些因素控制着这些精心策划的细胞过程?”
研究人员从培养皿中培养的植物种子开始。他们把种子放在黑暗中三天，以模拟种子在地下最初几天的生活。“我们知道这种增长阶段是非常重要的,”说co-first作者和共同通讯作者马修Lewsey,拉筹伯大学副教授在墨尔本,澳大利亚,曾在埃克的实验室工作。前几天在土壤中是一个具有挑战性的幼苗,因为他们面临来自昆虫和真菌的攻击。“如果你的种子不发芽，不能从土壤中成功发芽，那你就没有收成，”刘易斯补充道。
三天后，这些植物暴露在茉莉酸中。然后，研究人员从植物细胞中提取DNA和蛋白质，并使用特定的抗体来对抗他们感兴趣的蛋白质，以捕获这些调控因子的确切基因组位置。通过使用不同的计算方法，该团队随后能够识别出对植物对茉莉酸的反应以及细胞与其他植物激素通路的交叉沟通有重要作用的基因。
在整个系统中，MYC2和MYC3基因的重要性上升到了最高。这些基因编码的蛋白质是转录因子，这意味着它们调节许多其他基因的活动——在这个例子中是成千上万的其他基因。
“过去，对MYC基因和其他转录因子的研究一直是线性的，”Lewsey解释说。“科学家们观察一个基因如何与另一个基因连接，然后再连接下一个，如此类推。这种方法天生速度慢，因为有很多基因和很多连接。我们在这里所做的是创建一个框架，通过这个框架，我们可以同时分析许多基因。”
“通过破译所有这些基因网络和子网络，它帮助我们理解整个系统的架构，”Zander说。“我们现在有了一幅非常全面的图片，可以知道在植物的防御反应中，哪些基因是开启和关闭的。随着CRISPR基因编辑的可用性，这些细节可以用于培育能够更好地抵御害虫攻击的作物。”
这项工作的另一个值得注意的方面是，来自研究的所有数据都可以在Salk的网站上找到。研究人员可以利用这个网站搜索他们研究的基因的更多信息，并找到针对它们的方法。
——文章发布于2020年3月13日
