植物對來自物理和生物危險的反應在幼葉和老葉之間存在差異
據外媒報導,研究人員發現,植物的幼葉和老葉,在面對危險時的反應不同。Max Planck植物育種研究所研究人員發表在雜誌上的一項新研究表明,植物對來自物理和生物壓力的反應,在幼葉和老葉之間存在差異,這使得植物在同時受到這兩種壓力時做出最佳的選擇。
不像動物,植物不能自由行動逃離危及生命的環境。這一限制意味著它們需要採取戰略來保護自己不受自然環境中各種危險的影響。這些環境危險可能是一種物理(非生物)性質,如乾旱和高鹽度。也可能是一種生物性質,如攻擊微生物病原體和害蟲。植物的潛在保護機制涉及誘導性。
然而,植物所能獲得的有限資源也意味著專門的防御也帶來了一個問題:針對乾旱等物理危險的誘導性應激反應,降低了對病原體攻擊等生物危險的抵抗力。那麼,當一株植物同時面臨物理和生物壓力時會發生什麼呢?這個問題現在已經由德國科Max Planck植物育種研究所的Kenichi Tsuda和Paul Schulze-Lefert領導的研究人員回答了。
許多植物對危險的反應都是由稱為植物激素的小信號分子介導的,在他們的研究中,作者重點研究了兩種特定的壓力途徑:一種是由脫落酸(ABA),它觸發一個程序來保護植物免受非生物應激。另一種由水楊酸(SA)激活,提供對病原體的保護。為了有效地分配資源,ABA介導的防禦系統的激活抑制了SA的反應。為了確定這種串擾對同時暴露於物理和病原體壓力下的植物的意義,作者首先更仔細地研究了擬南芥中兩種植物激素途徑之間的串擾。
令人驚訝的是,作者發現,植物對ABA的預暴露只在老葉片中阻斷了SA依賴的反應臂的活動,這使得這些植物對細菌感染更加敏感,而年輕的葉片則受到保護,不受SA反應的這一阻礙。
利用RNA測序技術,他們鑑定了一個名為PBS 3的基因,該基因被證明是保護幼葉免受ABA介導的免疫抑制的作用。他們在乾旱和高鹽脅迫等物理脅迫下也做了類似的觀察。因此,植物積極平衡基於葉齡的物理和生理脅迫反應之間的權衡。
至關重要的是,PBS 3的缺乏不僅影響了在復合脅迫下的幼葉,而且導致其生長受到損害,種子囊數量減少,從而損害了整個植物的生殖健康。因此,物理和生物脅迫反應之間的積極平衡機制取決於葉齡,這增加了植物在復合脅迫下的適應性。
還有幾個重要的問題:例如,其他植物,如農作物,是否能平衡脅迫反應,以維持生長和繁殖?PBS 3如何保護幼葉免受非生物脅迫誘導的免疫抑制?考慮到壓力反應之間的權衡對作物的生產力有很大的限制,對可持續農業來說,回答這些問題將是至關重要的。