研究发现炎热天气削弱植物免疫系统

世界各地的科学家都不确定为什么植物对病原体的防御能力会随着温度的升高而减弱。 然而,治愈可能在于遗传学。

由Costas Vasilopoulos
12年2022月12日46:- UTC
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长期以来,科学家们一直试图了解为什么当温度升高时植物更容易受到疾病的侵袭。

虽然相关研究正在进行中,但来自世界各地大学的一组研究人员正在寻找方法来恢复植物在炎热天气中抵御病原体的能力。

随着气候变化的加速,我们将面临在实验室中学习并将其更快地投入实地的压力。 如果不更多地接受转基因植物,我看不出我们将如何做到这一点。- Marc Nishimura,科罗拉多州立大学植物免疫研究员

植物在温暖的温度下会受到更多的感染,因为它们的基础免疫水平下降,”领导该研究小组的杜克大学植物生物学家Sheng-Yang He说。 所以我们想知道,植物是如何感受热量的? 我们真的可以修复它以使植物具有耐热性吗?”

根据一项研究,,发表在《自然》杂志上,重点关注拟南芥,一种被广泛称为鼠耳水芹的不起眼的杂草,被认为是 植物生物学家的植物实验鼠。 拟南芥在路边、开阔的道路和空地上茁壮成长,由于其生命周期短、基因组短且易于修改,因此被用于世界范围内的实验。

另见:研究植物对环境压力源的反应是可持续农业的关键

科学家们表示,拟南芥的主要防御激素是水杨酸,包括主要农作物在内的许多植物都使用它来抵抗疾病。 然而,当温度升高几度时,水杨酸的生产可能会中断。

极端的天气条件 有关联 气候变化 影响动植物生命的许多方面,包括对传染病的反应,”研究人员写道。 水杨酸是一种中枢植物防御激素,特别容易受到高于植物正常生长温度范围的短时间炎热天气通过未知机制抑制的影响。”

经过多年的实验室工作,研究人员分离出了 CBP60g 基因,该基因可以在温度升高时抑制植物中水杨酸激素的产生,从而中和植物的防御机制。 该解决方案在基因上绕过了该基因,以恢复植物在更高温度下的防御能力。

这是一项多年和多机构的努力,”加拿大威尔弗里德劳里尔大学的生物学家、该研究的合著者克里斯蒂安·丹夫·卡斯特罗弗德 (Christian Danve Castroverde) 告诉 Olive Oil Times.

2013 年,[我们] 发现短期高温会显着影响拟南芥植物抵抗丁香假单胞菌感染的激素防御能力,”他补充道。 又过了几年,我们最终成功地确定了拟南芥免疫如何被温暖的温度条件抑制的分子基础。”

研究人员在实验室中通过添加一个绕过该基因 发起人。 短的 DNA 序列迫使基因转录(将 DNA 序列复制到 RNA 分子中),从而恢复拟南芥产生水杨酸激素的能力。

包括水杨酸受体和生物合成基因在内,优化的 CBP60g 表达足以在升高的生长温度下广泛恢复水杨酸的产生、基础免疫和效应触发的免疫,而无需显着的生长权衡,”研究人员写道。

另见:研究人员致力于确定最适合较高温度的橄榄品种

该团队已经开始测试对油菜等粮食作物的基因改造。 他们还计划试验更多的作物,包括小麦和土豆。 然而,Castroverde 表示,在大规模应用修复之前,需要进行大量的实地研究。

许多植物都有类似CBP60g的基因,其中很多具有​​制造水杨酸的能力,”他说。 看起来植物的武器库中已经有了武器。 我们现在的挑战就是利用这种力量。 在农业应用方面,我相信我们必须等到我们在田间试验中取得成功的结果。”

尽管如此,研究小组提出的恢复植物免疫系统的具体解决方案的前提是消费者已准备好接受对其食物进行更多的基因操作。

As 气候变化加速,我们将面临在实验室学习东西并将它们更快地转移到该领域的压力,”科罗拉多州立大学植物免疫专家 Marc Nishimura 说,他没有参与这项研究。 如果不更多地接受转基因植物,我看不出我们将如何做到这一点。”

另一个 根据一项研究, 香港中文大学的研究人员于 20 月发表警告称,由于臭氧污染和气候变化的影响,到 2050 年全球农作物产量可能下降 -%

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尽管他们成功地恢复了拟南芥对热的防御,但研究人员强调了这样一个事实,即在理解气候变暖如何影响植物免疫系统的有效性方面的差距是 未来农业生产力、生态系统保护和新的植物病害流行病的出现的关键问题。”

然而,他们补充说,他们的结果表明作物在未来会变得更具抗性。

我们能够使整个植物的免疫系统在温暖的温度下更加强大,”杜克大学的植物生物学家何说。 如果这对农作物也是如此,那将是一件大事,因为那时我们就有了非常强大的武器。”



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