分子导体有助于植物对干旱作出反应

我们可以知道植物什么时候需要水:它们的叶子下垂，开始看起来干燥。但是在分子水平上发生了什么?索尔克研究所(Salk Institute)的科学家在回答这个问题上取得了突破性进展。这个问题对于帮助农业适应干旱和其他与气候有关的压力源可能至关重要。

这项新研究表明，在面临环境困难的情况下，植物会利用一小群蛋白质作为导体，来管理它们对压力的复杂反应。这一研究结果将在11月3日的《科学》杂志上发表，它将有助于开发优化植物水分利用的新技术。

“植物对压力源的反应在分子水平上是一个高度复杂的过程，涉及数百个基因，”资深作者约瑟夫·埃克(Joseph Ecker)说。“我们在这个分子交响曲中发现了关键的指挥家，这可能为帮助植物更好地承受气候变化带来的压力提供线索，比如干旱。”如果你能控制其中一个导体，你就能控制所有跟随它的基因。

植物对压力的反应如何，可以决定它是生存和生长，还是屈服于威胁。就像人类有肾上腺素这样的激素可以帮助我们应对威胁一样，植物也有一些关键的激素可以让它们对环境中的压力做出反应。其中之一是脱落酸(ABA)，一种参与种子发育和水分优化的植物激素。

当水缺乏或盐度高时，根和叶产生ABA。尽管这种激素被认为会影响植物的应激反应，但科学家对其释放后的全球变化知之甚少。

Salk植物生物学实验室的研究助理、论文第一作者梁松(音译)说:“仅仅几十种调控蛋白就能控制数百乃至数千个基因的表达。”“通过了解这些主要的监管机构是什么，以及它们是如何运作的，我们可以更好地理解并可能调节压力反应。”

在他们的研究中，Salk团队追踪了植物对ABA的反应中基因活性的实时变化，并确定了一些控制对包括干旱在内的多种外部胁迫反应的主蛋白。研究小组利用一种技术，绘制出这些调控蛋白与DNA结合的位置，确定了协调基因表达的关键因素，使细胞能够对不断变化的条件做出有效的反应。

Salk团队专注于已知对ABA有反应的候选调控蛋白。他们将3天大的参考植物拟南芥幼苗置于脱落酸中，并在60小时以上的固定时间点检测基因表达。

在这个过程中，他们收集了122个数据集，涉及33,602个基因，其中3,061个基因在至少一个时间点上以不同的水平表达。对数据的分析揭示了一个控制的层次结构，其中一些调控蛋白是基因表达的主要贡献者。有趣的是，一个特定时间点上蛋白质结合模式的快照可以在很大程度上解释长时间内的基因表达。综上所述，这些动态表明了全基因组对环境诱因的协同反应。

宋说:“从这个网络的观点来看，我们可以看到，这些成分中的一些是由相同的主调控蛋白靶向的，这表明基因控制是精确和协调的。”“这可能对农业用途很重要，因为调节一个基因反过来又能刺激或抑制另一组基因，从而实现干预措施的全面设计。”

这一结果与Ecker实验室2013年对植物激素乙烯的研究结果一致，表明这种基因活动的协调和分级控制可能在开花植物中很常见。