植物的压力记忆可能是种植抗病作物的关键

谢菲尔德大学的科学家已经发现了植物如何对压力产生长期免疫力的机制。

植物经历的生物胁迫可以采取昆虫食草动物或致病病原体攻击的形式。在为粮食生产而种植的作物中，这种压力给作物产量带来了巨大的风险，目前通过广泛使用杀虫剂来管理，杀虫剂对环境有害，并可能对人类健康构成风险。

由于迫切需要找到更好，更可持续的植物保护方法，谢菲尔德大学可持续食品研究所的Jurriaan Ton教授及其团队研究了植物如何能够获得针对这些压力源的持久免疫力。

发表在《自然植物》杂志上的研究结果解释了植物如何“记住”先前攻击的压力的机制，并且这种长期记忆被编码在一个“垃圾DNA”家族中，这些DNA可以在数周内启动防御基因以抵御进一步的攻击。

谢菲尔德大学生物科学学院植物环境信号学教授、该研究的资深作者Ton博士说，这些发现为控制植物免疫力以实现可持续作物保护提供了新的机会，并减少了我们对食品生产中破坏性杀虫剂的依赖。

他说：“我们依靠植物来养活地球，但它们本质上处于食物链的底部，它们无法移动，因此它们非常容易受到来自四面八方的攻击，包括昆虫食草动物和致病病原体。然而，像动物一样，植物已经进化出从生物胁迫中恢复后获得免疫力的能力，但它们使用不同的机制来做到这一点。

“这项研究的结果不仅是我们对植物如何'记住'先前攻击的压力的理解的巨大飞跃，而且还揭示了特定'垃圾DNA'家族(转座子;不编码植物蛋白的DNA)。这些知识可以帮助我们制定新的育种策略，并选择用于粮食生产的作物品种，以对抗病虫害。

该研究调查了植物应激激素茉莉酸对拟南芥的长期影响，拟南芥通常被称为thale cress，与卷心菜和芥菜有关。暴露于毛毛虫，用茉莉酸处理的幼苗组比对照组遭受的损害水平较低。

虽然茉莉酸对植物防御的短期影响是有据可查的，但长期影响却没有，研究小组发现，用茉莉酸治疗的压力的免疫记忆可以持续数周，并传递到新发育的叶子上，以提供对毛毛虫的长期抵抗力。

结果表明，这种获得性免疫受表观遗传机制控制，涉及由AtREP2转座子家族产生的小RNA分子，其与小RNA结合蛋白AGO1连接。然后，RNA负载的AGO1蛋白启动远距离防御基因，以对随后的压力做出更快，更强的反应。

该研究提供了植物中持久免疫记忆的第一个模型，并展示了对特定垃圾DNA家族的表观遗传修饰如何使植物免受害虫的进一步损害。

生物科学学院研究助理、该论文第一作者塞缪尔·威尔金森博士说：“由于全球粮食安全是我们未来将面临的最大挑战之一，我们必须找到新的方法来确保我们所依赖的作物的健康和生长。

“这项研究是能够补充和提高传统作物育种策略的有效性和持久性的第一步，通过选择具有增强免疫准备的植物作为依赖有害农药的替代品。

研究人员现在正在与一家国际作物育种公司合作，探索他们是否可以利用其他相关的表观遗传机制，例如致病病原体的压力源，并将它们组合成更复杂的植物基因组的新型作物保护策略。

Samuel补充说：“这项研究为我们开发一种更精确和可调的方法开辟了道路，以在植物基因组中引入有益的表观遗传变异。这不仅对作物保护和育种有价值，而且还是一种有价值的研究工具，可以探索表观遗传改变的DNA可以在植物世代内和跨世代启动防御基因的复杂机制。

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