应对脱水：Physcomitrium patens中的“关闭-重启”机制避免了拟南芥中出现的代谢崩溃现象

《New Phytologist》：Surviving dehydration: shutdown–restart dynamics in Physcomitrium patens avoids the metabolic collapse seen in Arabidopsis

作物生产力和粮食安全面临全球干旱事件的严峻挑战，研究植物脱水耐受机制对培育抗旱作物具有重要意义。本研究通过比较苔藓植物Physcomitrium patens的诱导性脱水耐受性（IVDT）与拟南芥的脱水敏感性（VDS），结合结构、生理和转录组分析，发现苔藓通过积累ELIPs、SODs等保护基因和bZIP转录因子增强水分保持能力，其细胞在98%脱水后仍能 reversible重启生理活动，而拟南芥在25%含水量时即发生不可逆损伤。PpELIPs可稳定光合色素，PpbZIP通过非脱落酸依赖途径调控水分保持，为作物抗旱改良提供了新策略。

　　

摘要

• 全球范围内的干旱事件对农作物产量和粮食安全构成了日益严重的威胁，要培育出更具耐旱性的作物，就需要更深入地了解植物对脱水的耐受机制。
• 我们通过结构、生理和转录组分析相结合的方法，比较了苔藓植物Physcomitrium patens的可诱导性营养脱水耐受性（IVDT）与双子叶植物Arabidopsis thaliana的营养脱水敏感性（VDS）。利用瞬时转化和稳定转化技术，对Physcomitrium patens中参与IVDT反应的关键成分（如ELIPs和bZIP转录因子）进行了功能研究。
• Physcomitrium patens在水分损失达到98%的情况下仍能存活，其细胞结构会发生可逆的变化，并且具备“关闭-重启”的生理和转录组调控机制。相比之下，Arabidopsis thaliana在相对含水量低于25%时就会死亡且细胞受到不可逆的损伤。Physcomitrium patens在脱水过程中会积累保护性基因的转录本（如ELIPs、SODs和bZIPs），而Arabidopsis则更倾向于避免干旱压力而非采取保护措施。功能验证表明，PpELIPs能够在转基因植物中稳定光合色素，而PpbZIP转录因子则通过非脱落酸依赖的途径增强水分保持能力。
• 通过对比IVDT和VDS这两种不同的脱水响应机制，我们发现了能够保护光合作用、调节植物水分平衡、延缓萎蔫并维持产量的关键因素，从而为通过苔藓植物来改良作物耐旱性提供了策略。