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Nat Plants:日本学者揭示乙酸有助植物耐旱

摘要 : 2017年6月30日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Plants》杂志在线发表了日本理化学研究所Jong-Myong Kim研究组的一篇研究论文,研究发现施加乙酸可增强植物耐干旱的能力。

2017年6月30日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Plants》杂志在线发表了日本理化学研究所Jong-Myong Kim研究组的一篇研究论文,研究发现施加乙酸可增强植物耐干旱的能力,并揭示了其中的机理。迄今为止,主流方法是通过转基因技术来培育耐旱植物,这项新成果有望带来简单、廉价的农业技术,从而可不依赖转基因来减轻干旱灾害的影响。

随着气候不断变化,在世界范围内突发的干旱,对玉米和小麦等农作物产量影响极大,同时还会导致土地沙漠化等问题。但培植转基因耐旱植物不但费时费力,还需投入大量资金,因此,科学家一直希望能开主发出更简单、成本更低的植物抗旱技术。

研究小组报告称,他们将模型植物拟南芥进行干燥处理后观察其内部代谢变化。结果发现,植物在干燥时,不仅维持生命能量的代谢途径糖酵解被强烈抑制,乙酸的合成量也异常增加。乙酸也称醋酸,是从糖酵解的中间代谢产物丙酮酸生物合成而来。

研究小组发现,这一代谢变化是表观遗传调控因子HDA6蛋白质起到开关作用,直接控制着乙酸合成基因。研究表明,从外部给予乙酸,拟南芥的耐旱性增强,并且,科学家们在水稻、玉米、小麦和菜籽等农作物上进行的实验也获得了同样的结果。

为明确乙酸的作用机理,研究小组调查了施加乙酸时拟南芥发生的变化情况。结果表明,施加乙酸可以促进植物激素茉莉酸的合成。茉莉酸可以提高植物抗性。他们今后将对更多重要基因及植物的环境刺激记忆机理进行研究。

原文链接:

Acetate-mediated novel survival strategy against drought in plants

原文摘要:

Water deficit caused by global climate changes seriously endangers the survival of organisms and crop productivity, and increases environmental deterioration1,2. Plants' resistance to drought involves global reprogramming of transcription, cellular metabolism, hormone signalling and chromatin modification3,​4,​5,​6,​7,​8. However, how these regulatory responses are coordinated via the various pathways, and the underlying mechanisms, are largely unknown. Herein, we report an essential drought-responsive network in which plants trigger a dynamic metabolic flux conversion from glycolysis into acetate synthesis to stimulate the jasmonate (JA) signalling pathway to confer drought tolerance. In Arabidopsis, the ON/OFF switching of this whole network is directly dependent on histone deacetylase HDA6. In addition, exogenous acetic acid promotes de novo JA synthesis and enrichment of histone H4 acetylation, which influences the priming of the JA signalling pathway for plant drought tolerance. This novel acetate function is evolutionarily conserved as a survival strategy against environmental changes in plants. Furthermore, the external application of acetic acid successfully enhanced the drought tolerance in Arabidopsis, rapeseed, maize, rice and wheat plants. Our findings highlight a radically new survival strategy that exploits an epigenetic switch of metabolic flux conversion and hormone signalling by which plants adapt to drought.

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