Developmental Cell | 修复而非战斗！研究揭示植物在受攻击后防御和再生之间的权衡！

受到攻击？植物"战斗或修复"

植物会受到各种各样的攻击和伤害，从害虫和动物啃食它们的叶子到真菌攻击它们的根部，植物几乎随时在受到某种伤害。因此，它们已经开发了复杂的策略来应对。与动物不同，动物在受到攻击时采用"战斗或逃跑"的反应，而植物则不能逃跑。相反，伤害触发了植物的"战斗或修复"反应，促使它们要么再生其受损或缺失的部分，要么进行自我保护。植物通过迅速产生旨在阻止动物或病原体进一步攻击的化合物来保护自己（这些次级化合物已被证明在医学上特别有用，例如吗啡、紫杉醇和秋水仙素等）。

2022年2月10日，国际权威学术期刊Developmental Cell发表了纽约大学Kenneth Birnbaum教授团队的最新研究成果，题为Plant glutamate receptors mediate a bet-hedging strategy between regeneration and defense的研究论文。该研究揭示了植物再生和防御之间的权衡，提供了加强农业再生的策略。了解植物如何调节这些反应使研究人员能够促使受伤的植物进行修复而不是防御，这一策略可能有助于改善玉米等重要主食作物的再生。

防御和再生之间的权衡

这项研究试图了解"战斗或修复"反应是如何联系在一起的：它们是否一起被激活并同时提升，或者是否存在权衡，一个反应增加而另一个减少。研究人员研究了模式植物拟南芥以及重要作物玉米。在切断植物的根尖和其他部分后，研究人员观察到植物产生了一些再生反应和一些防御反应，但并没有将两者都提升到最大能力。事实上，降低一个反应会增加另一个反应。战斗或修复反应似乎是相互关联的，就像一个跷跷板或天平，如果一个上升，另一个就会下降。本质上植物是在受到攻击后对冲攻击带来的伤害。研究人员发现，再生和防御反应的这种平衡是由植物的谷氨酸受体样（GLRs）蛋白调节的，它与大脑中的谷氨酸受体是远亲。这使他们能够使用通常用于神经生物学研究的药物来研究植物对伤害的反应。谷氨酸受体已经被证明与植物的防御反应有关，但在这项研究中，谷氨酸受体在受伤后的再生中也发挥了作用，谷氨酸受体介导的信号下调了再生系统，上调了防御反应。

瞄准谷氨酸受体以促进再生

谷氨酸受体同时调节再生和防御反应为改善作物生长提供了机会，特别是像玉米、高粱和小麦这样的谷物作物，它们对再生特别有抵抗力。这些谷氨酸受体提供了一个'可药用的目标'，科研人员可以用它来加强植物的再生和繁殖。科研人员研究通过两种手段抑制受体的活性来锁定GLRs：遗传转化和药物。科研人员比较正常植物和"四重突变体"（在涉及GLRs的四个基因中发生突变的植物）的损伤反应，结果发现，四重突变体的再生能力更强，这表明突变损害了防御反应，并在此过程中增强了再生反应。研究人员还使用三种神经元拮抗剂来抑制GLR的活动。这三种药物分别在植物受伤后阻断了GLR介导的信号传递，这改变了植物的决策过程，有利于再生。这极大地增强了再生能力，甚至比四重突变体的再生能力更强。调整植物防御和再生之间的平衡可用于改善生物技术、保护和繁殖主要粮食作物的再生能力。面对气候变化和粮食不安全，培育出更容易再生并能适应新环境的作物至关重要。

图 . 重编程细胞中染色质可及性格局变化迅速

图. CNQX通过SA途径影响再生

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