植物抗逆性启动机制：环境胁迫下的防御响应与化学诱导策略研究

为应对气候变化导致的植物生长抑制和产量下降问题，研究人员聚焦"启动现象"(priming)这一植物抗逆机制，系统探讨了钠亚硒酸盐、褪黑素、β-氨基丁酸等化学诱导剂预激活植物防御系统的分子途径。研究发现启动效应能通过表观遗传修饰和激素信号通路(SA/JA/ABA)增强植物对生物/非生物胁迫的长期抗性，为可持续农业提供新策略。

　　

随着全球气候变化加剧，温度波动、干旱盐碱等环境胁迫导致农作物减产已成为威胁粮食安全的重大挑战。植物在长期进化中发展出独特的"启动现象"(priming)防御机制——通过预暴露于温和胁迫或特定化学物质，形成对后续严重胁迫的"记忆性抗性"。这种现象如同给植物接种"免疫疫苗"，能显著提升其对病原体、极端温度、重金属(HMs)等复合胁迫的耐受能力。

为解析这一现象的内在机制，研究人员开展了系统研究。通过整合转录组学、表观遗传学和植物生理学方法，重点考察了钠亚硒酸盐、褪黑素、β-氨基丁酸(BABA)、多胺等化学启动剂的诱导效应。研究发现这些物质能通过激活水杨酸(SA)、茉莉酸(JA)和脱落酸(ABA)信号通路，触发植物产生系统获得抗性(SAR)。特别值得注意的是，启动效应还涉及组蛋白修饰等表观遗传改变，使抗性记忆能跨代传递。

关键技术包括：1) 采用盐溶液(NaCl/CaCl₂
/KNO₃
)进行卤启动(halopriming)和植物激素(ABA/乙烯)进行激素启动(hormopriming)；2) 利用植物根际促生菌(PGPB)开展生物启动(biopriming)；3) 通过甲基化测序分析启动过程中的表观遗传修饰；4) 评估光合参数和幼苗生长指标量化抗性效果。

研究结果揭示：

1. 启动程序多样性
   不同启动方法通过特定途径增强抗性：卤启动主要调节渗透平衡，激素启动侧重信号转导，而化学启动剂如BABA能诱导防御基因预激活。

2. 非生物胁迫抗性机制
   在干旱/盐胁迫下，启动植物通过积累渗透调节物质(脯氨酸)和增强抗氧化酶(SOD/POD)活性维持细胞稳态。温度胁迫中则通过热激蛋白(HSPs)和膜脂重构实现保护。

3. 生物胁迫防御策略
   病原体侵袭时，启动植物表现出更快速的活性氧(ROS)爆发和植保素积累。SA和JA通路交叉对话是协调防御的关键。

4. 免疫记忆的分子基础
   表观遗传标记(如H3K4me3)在防御基因位点的持久保留构成"胁迫记忆"，DNA甲基化变化使部分记忆可跨代遗传。

5. 分子防御网络
   系统获得抗性(SAR)相关基因(NPR1/PR-1)的预激活是核心机制，转录因子(WRKY/MYB)和翻译后修饰(泛素化/磷酸化)共同调控防御应答。

结论与展望：
该研究系统阐明了启动现象作为植物"智能防御系统"的多层次调控机制。通过化学启动实现"胁迫预适应"，可减少传统育种周期和转基因争议，为应对气候变化提供可持续解决方案。未来研究应关注：1) 开发复合启动剂配方以应对协同胁迫；2) 优化表观遗传编辑技术增强记忆持续性；3) 建立启动效应与作物品质的关联模型。这项由国内团队完成的研究发表于《Plant Gene》，为发展绿色农业提供了重要理论支撑。