科学探索|激素家族的发现可能是提高作物产量的关键激素家族的发现可能是提高作

来自名古屋大学的一组研究人员发现了一种以前未知的途径，它可以调节植物是利用其资源生长还是利用其耐压能力。这一发现可以使在农业条件下控制应力反应，增加作物产量。

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图片:PSY受体突变型(右)和野生型(左) 。PSY受体突变体耐压能力较差，但生长较容易。
图片来源:Yoshikatsu Matsubayashi博士
作物经常面临恶劣的生长环境。疾病、极端温度和盐碱地等因素迫使植物利用能量来应对由此产生的压力，而不是将能量用于生长。这就是所谓的“生长-压力反应权衡” 。现在，来自名古屋大学的一组研究人员发现了一种以前不为人知的途径，它可以调节植物是利用其资源生长还是利用其耐压能力。这一发现可以使在农业条件下控制应力反应，增加作物产量。他们在杂志上发表了研究结果科学．
由日本名古屋大学科学研究生院Yoshikatsu Matsubayashi教授和助理教授Mari Ohnishi领导的一个研究小组调查了激素及其受体在植物胁迫反应中的作用。他们集中研究了三种受体，这些受体的对应激素还没有被识别出来。他们利用小型开花植物拟南芥(thale cress，即拟南芥)，发现了PSY家族，该家族作为一种激素，与这些受体结合，并调节应激反应与生长之间的转换。
当研究人员调查相关途径时，他们有了一个意想不到的发现。通常，受体和激素的作用就像锁和钥匙，而激素(在这种情况下，是一种肽PSY激素)就像开启一个生物过程所必需的钥匙。然而，在这项研究中，那些不产生PSY的植物细胞却有积极的应激反应。因此，这表明，在受体“锁”中存在的PSY“钥匙”并没有激活应激反应，而是保持它处于关闭状态。
为了测试压力反应的本质，研究人员在高温、盐等极端压力条件下种植植物，并让它们感染细菌。缺乏PSY受体或持续喂食PSY激素的植物无法对胁迫作出充分反应，导致成活率降低。科学家们得出的结论是，受到胁迫的植物会停止释放PSY，而PSY的缺失会引发胁迫反应基因。
为了解释这一现象，研究人员提出了一种机制，即受损细胞减少了受损部位附近细胞层中PSY激素的浓度。这种PSY的缺失引发了应激反应。重要的是，这可能解释了为什么即使是受损的植物也能发送信息。受损的植物细胞可能会停止PSY激素的释放，从而激活应激反应，而不是利用它们有限的资源来创造新的信号。这种机制将平衡抗压力能力和相关的能源成本。因此，即使在最紧张的环境条件下，植物仍然可以通过管理它们有限的资源来生长。
“在拟南芥中发现的大多数机制在其他植物中也能找到。因此，我们的研究结果适用于所有作物。”“这种机制使人为控制耐应力和屈服之间的平衡成为可能，这是一种权衡关系。近年来，越来越多的农作物被种植在植物工厂里。当作物在室内生长时，这是一个低压力的环境，而承受波动的自然室外环境所需的压力响应系统并不总是必要的。在植物工厂中培育低PSY受体活性的品种可能会在这些受控环境中获得更高的产量。”
【科学探索|激素家族的发现可能是提高作物产量的关键】文章标题Peptide ligand-mediated trade-off between plant growth and stress response