阻断谷氨酸受体促进植物再生

当受伤时，植物会触发再生和防御过程。到目前为止，尚不清楚这些“修复和对抗”反应是否一起激活或代表生物权衡。

一项新的研究表明，已知可介导防御反应的谷氨酸样受体蛋白(GLR)可以在损伤部位附近的细胞中被阻断，从而通过染色质的变化和转录重编程启动受伤植物的再生反应。研究表明GLR介导的信号会降低再生系统并增强防御反应。

“在这项研究中，我们观察了受伤后数小时内染色质的变化，这导致我们发现了谷氨酸受体。我们原以为它们是再生的正调节因子，但结果却是负调节因子。这表明，即使是植物等高度再生的生物体，也不一定将所有资源都投入到伤口反应的再生中，”纽约大学基因组学和系统生物学中心教授、该研究的资深作者KennethBirnbaum博士说。“好消息是还有改进的空间。”

Birnbaum的团队表明，对GLR活性进行遗传和药理学抑制可提高拟南芥(拟南芥)和玉米的多个器官修复系统的再生效率。为了深入了解机制，作者表明GLR通过水杨酸信号传导下调再生。水杨酸受体突变的植物具有超再生能力，并且对GLR活性的操纵具有部分抵抗力。

这些发现发表在《发育细胞》杂志上(“植物谷氨酸受体介导再生和防御之间的对冲策略”)，揭示了一种调节防御和再生之间平衡的机制，并且在进化过程中得到了保留。对于农业生物技术和保护工作，这项新研究可以提供改善植物再生的策略，以应对微生物、昆虫、大型害虫和气候不利变化的攻击。

伯恩鲍姆说：“重新调整植物防御和再生之间的平衡可用于改善主粮作物的生物技术、保护和繁殖的再生。”“面对气候变化和粮食不安全，培育更容易再生和适应新环境的作物至关重要。”

该论文的第一作者、纽约大学前博士后研究员马塞拉·埃尔南德斯·科罗纳多博士(MarcelaHernándezCoronado)表示：“‘战斗或解决’的反应似乎像跷跷板或天平一样相互联系——如果一个上升，另一个就会下降。植物本质上是在遭受攻击后对冲自己的赌注。”

由于GLR控制再生和防御反应，因此它们可以用于改善作物生长，特别是对再生有抵抗力的谷类作物，如玉米、高粱和小麦。

“这些谷氨酸受体提供了一个‘药物靶点’，我们可以用它来增强植物的再生和繁殖，”伯恩鲍姆说。

研究人员通过遗传学和药物阻断GLR。JoséFeijó博士在马里兰大学的实验室领导了基因靶向研究。他的团队培育了“四重突变”植物，其中涉及GLR活性的四个基因发生突变，并发现突变体的再生能力更好，这表明这些突变会损害防御反应。研究人员还使用神经元拮抗剂来抑制GLR活性。这些也使植物的决策过程有利于再生。

Birnbaum说：“拥有可成药的再生靶标可以广泛应用于筛选新作物种质和开发更有效的转化材料再生管道。这可能会影响新作物的产量和开发速度，不幸的是，这在即将发生的极端气候中将变得越来越重要。”

在未来的研究中，伯恩鲍姆的团队将进一步深入研究植物对伤害反应的复杂性。

“我们可能还没有完成可能下调防御以支持再生的调整。我们可能还可以操纵其他激素途径来进一步改善再生，”伯恩鲍姆说。