植物可以对其遗传物质进行重新编程

植物可以对其遗传物质进行重新编程，以对病原体产生防御性反应，这可能适用于农业。植物抵抗病原体的复杂分子途径中缺失的环节已经由KAUST的Heribert Hirt领导的国际团队确定。这一发现突出了一种潜在的机制，可以用来“接种”作物以抵抗疾病。

植物防御由编码蛋白质的DNA制成的基因控制。DNA被包装成称为染色质的聚集体，其形状影响基因是否可用于蛋白质构建。染色质结构的变化是表观遗传的 - 可能遗传而不改变DNA序列本身 - 并且与病原体攻击有关。

病原体产生称为微生物相关分子模式(MAMPs)的小分子，植物通过二分受体蛋白识别：第一部分感知植物细胞外的MAMP并刺激细胞内的第二部分起作用。后者是一种激酶，一种将磷酸基团转移到靶分子上的酶(磷酸化)，其作用是有丝分裂原活化蛋白激酶(MAPKs)之间MAMP触发的磷酸化序列中的第一个。Hirt现在是KAUST的植物科学教授，他于1997年发现了这些。

MAPK与表观遗传染色质修饰之间的联系一直难以捉摸，直到Hirt团队的新发现，其中包括助理教授Moussa Benhamed，几位博士后和大学沙漠农业倡议的硕士生。

使用模式物种拟南芥(Arabidopsis thaliana)，研究人员使用细菌MAMP激活MAPK。然后，在一系列被称为“磷酸化蛋白质组学管道”的实验中，他们寻找磷酸化事件。他们发现，链中的最终MAPK MPK3磷酸化了一种酶，组蛋白去乙酰化酶(HD2B)，它调节DNA压缩成染色质。

研究小组表明，在缺乏MPK3或HD2B的突变体拟南芥中，许多基因，包括防御基因，活性都有所增加。这表明，HD2B通常会抑制基因活性。在病原体攻击下，MPK3对HD2B的作用逆转了这种压制。

使用荧光标记的HD2B，该团队表明，MPK3磷酸化使HD2B从一个细胞位置移动到另一个细胞位置，从而结合不同的染色质区域。该途径释放一组基因并阻断第二组，从根本上改变细胞的分子构成。这种表观遗传重编程快速且可逆，使植物能够快速响应不断变化的条件并保留分子记忆，从而加快对未来病原体的反应。根据Hirt的说法，“表观遗传机制是选择的机制......所有植物都会出现这种现象，以应对所有类型的MAMP和病原体。”

Hirt认为激酶触发的染色质重编程是一种普遍的机制，他热衷于人为刺激这一过程的可能性。“一旦我们更好地了解诱导病原体记忆的机制，我们就可以诱导长期抗药性，类似于人类疫苗接种，”他建议道。“我们正在进入一个新时代，研究表观遗传学在植物压力记忆中的作用。”