eLife：植物如何快速抵抗感染？

新的研究揭示了一种新的机制，通过这种机制，植物能够快速激活对细菌感染的防御。这些发现可以激励人们努力提高作物产量和战胜全球饥饿。

　　

Rhee解释说:“了解植物如何对压力环境做出反应，对于制定保护重要粮食和生物燃料作物免受气候变化影响的战略至关重要。”

Zhao和Rhee与卡内基大学的Benjamin Jinand斯坦福大学的Deze Kong和Christina Smolke一起在eLife上发表了他们的新工作，研究了一种叫做camalexin的植物防御化合物是如何在基因水平上被激活的。

“因为植物生长在一个固定的位置，它们无法逃离捕食者或病原体，相反，它们已经进化到产生化合物，帮助它们击退入侵者，以及其他功能。”

卡马毒素，像其他植物代谢物一样，是由一种叫做酶的特殊工质蛋白质合成的，这种蛋白质执行细胞的许多功能职责。当植物受到环境胁迫时，它会激活编码这些酶的基因。研究人员开始阐明植物细胞如何快速启动生产线，并在正确的时间对外部条件或威胁做出反应。

细胞的遗传物质编码了制造这些制造卡马毒素的酶的配方，以及细胞在生命的各个阶段在各种条件下执行必要功能所需的所有蛋白质。这是大量的信息。这就是为什么细胞中的遗传密码组织是如此重要。

“想象一个细胞的基因组是一个巨大的图书馆，每个基因是一本书，每个染色体是一个巨大的书架，”Rhee说。“细胞有不同的机制来快速在大量信息中找到它需要的基因，这样它就可以被转录和翻译成编码蛋白，并对环境条件做出反应，包括威胁和压力。”

这些策略包括在所有基因和相关物质(统称染色质)的包装上添加或删除标签或标记，这些物质可以增强或抑制特定基因的表达。有时，激活和抑制元素同时存在，这种现象称为二价染色质。

赵、李和他们的同事能够阐明一种never-before-characterized二价染色质的存在——他们称为kairostat,从希腊”凯洛,”意思是在正确的时刻,和“统计”,意思是设备——使camalexin不活跃的生物合成途径,直到有一个病原体的信号。他们的发现表明，这两种因素都是控制植物对外界胁迫反应的适当时机所必需的。

“Camalexin和其他防御化合物对植物来说通常是非常昂贵和有毒的。所以，一直制造它们对植物是不利的。”“植物科学家很早就知道，这些防御化合物是在植物受到害虫和病原体攻击时及时产生的。我们现在有了一个新的分子机制，使camalexin生产的精确时间。这一发现可以为应对气候变化和全球饥饿的战略提供信息，甚至为植物源药物的合成提供信息。”

展望未来，该小组希望对所有参与建立和去除表观遗传标记的蛋白质进行鉴定，以确定更多的kairostat蛋白，并更好地了解它们在环境反应和其他植物功能中的作用。

Journal Reference:

1. Kangmei Zhao, Deze Kong, Benjamin Jin, Christina D Smolke, Seung Yon Rhee. A novel bivalent chromatin associates with rapid induction of camalexin biosynthesis genes in response to a pathogen signal in Arabidopsis. eLife, 2021; 10 DOI: 10.7554/eLife.69508