拟南芥（Arabidopsis thaliana），一种小型的十字花科开花植物。 （图片来源：索尔克研究所）
就像人和动物一样，植物也有激素。植物激素的一个用途是，它们一旦察觉到麻烦，就会立即向其他部位传递信号以使植物做出反应。这些麻烦包括昆虫攻击、干旱、高温或极寒等。
索尔克研究所的现任和前任研究者们带队组成了一个多中心团队，该团队首次报道了植物如何响应一种被称为茉莉酸或茉莉酮酸酯的激素。该研究发表于《自然·植物》（Nature Plants）期刊上，揭示了一个复杂的植物激素通讯网络。对于研究人员，比如索尔克研究所的Harnessing Plants Initiative的成员来说，这些发现可能有助于他们培育出更加耐寒、更能抵抗攻击的作物，尤其在现在这种气候变化迅速的时期。
“这一研究向我们非常详细地描绘了茉莉酸这种激素如何在不同水平上表达。”该文章的共同通讯作者、霍华德?休斯医学研究所的研究者Joseph Ecker教授说，“茉莉酸帮助我们了解了环境信号与植物生长发育的信号是如何相互作用的，以及它如何确保植物正常的生长发育。”
这一研究使用的植物材料是拟南芥，一种小型的十字花科开花植物。科学家们已经清楚了解了拟南芥的基因组，因此它成为了广受欢迎的模型植物。科学家们可以将基于拟南芥的研究成果，应用到其他植物研究中，包括一些粮食作物，这是因为不仅在拟南芥中，几乎整个植物界中都发现了茉莉酸。“茉莉酸对于抵抗真菌和昆虫的侵扰尤其重要，”该文章的共同第一作者、Ecker实验室的研究人员Mark Zander说，“我们想精确地知道植物感受到茉莉酸后到底发生了什么，有哪些基因被活化、被去活化？产生了哪些蛋白？以及哪些因子控制了这些精心安排的细胞过程？”
起初，研究人员将生长在培养皿中的植物种子，在黑暗的环境中放置了3天，以模仿种子在地下的初始生命阶段。该文章的共同第一作者、共同通讯作者Mathew Lewsey说：“我们知道这一生长阶段对植物至关重要。”Lewsey是澳大利亚拉筹伯大学的副教授，之前曾在Ecker的实验室工作。在土壤中生长的最初几天是种子攻关克难的时期，因为它们要面对昆虫以及真菌的袭击。“如果种子没有萌发并且成功地从土壤中露出来，你将一无所获。”Lewsey补充道。
3天后，植物被浸在茉莉酸溶液中。随后，研究人员提取了植物细胞的DNA和蛋白质，并使用特异性抗体捕捉感兴趣的蛋白，以准确定位这些调控者在染色体上的位置。再通过各种计算、统计和分析，研究团队才定位到了植物应对茉莉酸的关键基因。而且，这些基因对不同植物间细胞的激素交流也十分重要。
在整个茉莉酸反应系统中最重要的两个基因是MYC2和MYC3。这些基因就是可以编码蛋白质的转录因子，这意味着它们调控着很多其他基因的活性，在这项研究中甚至影响了上千个其他的基因。
“在过去，人们就已经对MYC基因和其他的转录因子进行了线性的研究，”Lewsey解释道，“也就是说，科学家会观察一个基因如何与下一个基因产生联系，再推到下下个基因，以此类推。这一方法效率很低，因为植物系统中有太多基因，基因之间也有太多联系了。我们现在做的就是创造一种框架，利用这个框架，我们可以迅速地分析很多基因。”
“通过解密这些基因网络及其子网络，我们能了解整个植物防御系统的结构，”Zander说，“我们现在已经非常广泛地描绘出了植物在进行防御反应时，基因开启和关闭的变化。随着CRISPR基因编辑技术的应用，这些基因的详细调控机制可用于作物育种，以使作物更好地经受住来自害虫的攻击。”
另一个值得注意的方面是，这一研究的所有数据已经在索尔克研究所的网站上对外开放。研究人员可以利用这些数据，去查询更多他们研究的基因信息，以及找到目标基因的方法。
翻译：高宝祯
审校：张琪
引进来源：索尔克研究所
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