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研究人员确定了调节植物如何应对胁迫的基因

也许您不舒服或一天的压力特别大时,可以悠闲散步,book书,举重或伸手去拿些舒适的食物。尽管我们都有各种各样的方式来应对压力源,但一件事是不变的:在细胞水平上,压力响应在动植物界都是普遍的。

当然,植物可能不会因为考试失败,得到超速罚单或与朋友打架而度过糟糕的一天,但斗争仍然是真实的。植物面临着来自细菌,真菌和病毒病原体的生物胁迫,而来自极端温度,干旱或洪水,盐度过高以及暴露于阳光下的非生物胁迫。

像人类和动物细胞一样,植物细胞也依赖于复杂的基因系统以及它们的表达和调控,以对外部应激源进行适当的防御或免疫应答。在最近发表于《植物科学前沿》中的一项研究中,特拉华大学和锡拉丘兹大学的研究人员确定了一个单一基因,该基因可调节针对生物和非生物胁迫的反应。

“ SDA1实际上是一个很小的基因,但它很关键,因为它在植物内同时控制生物和非生物反应,”动物和食品科学系助理教授Aditya Dutta说。“活性氧(ROS)在植物的免疫反应中至关重要,它们是在正常的生理过程中产生的。ROS水平随着应激源的增加而增加,并启动了防御过程。通过对ROS的修复,SDA1作为它是一个调控其他基因的基因,影响着生物和非生物反应,使植物在两个方面都更加坚强。”

Dutta在锡拉丘兹大学(Syracuse University)从事博士工作期间就开始了这项研究,研究基因表达阵列可追踪植物暴露于20多种不同胁迫后的基因表达。让他惊讶的一件事是,几乎在所有情况下都诱导了SDA1。最初,杜塔(Dutta)说,他认为SDA1可能只是一个客体基因,或者是一个无法控制任何特定过程的基因。

“但是后来我开始更多地研究它,发现SDA1实际上与水杨酸介导的过程相互作用。这是控制大部分生物反应的相同激素。实际上,水杨酸在在植物世界中,通常将其喷洒在商品植物上,以便他们可以利用它自然地增强其免疫反应,” Dutta说。“我发现,不仅SDA1与水杨酸相互作用,而且如果去除SDA1,它会影响植物可以容纳的水杨酸的数量。如果不能容纳那么多的水杨酸,则基本上会降低植物的能力。抵抗感染。”

Dutta和他的研究人员还发现SDA1影响了对非生物应激源的反应。例如,SDA1影响干旱对根系生长的影响。没有适当的根系生长,植物将无法生存。

认识到SDA1是至关重要的但以前未分类的基因,研究小组寻找了功能相似的基因或蛋白质。他们没有发现任何相似性,因此仔细研究了整个基因序列,以查明什么使这种蛋白质如此独特。通过这样做,他们确定了七个氨基酸结构域。杜塔说:“当我们开始研究这个结构域时,我们最初的预感是它很重要,因为它是保守的;但是后来我们回过头来,我们一次突变了每种氨基酸,以查看哪些是重要的。” 。“我们发现您需要整个结构域。这七个氨基酸具有功能相关性,因为该结构域控制着针对生物和非生物胁迫的响应。”

最重要的是,研究小组发现,这七个氨基酸结构域存在于大多数经过长时间测序的植物中,包括商业作物。由于我们面临着气候变化带来的越来越大的压力,这可能是一个关键的发现。

“随着时间的流逝,我们已经开始种植对我们所处环境超级有效的农作物,但是情况正在发生变化。温度在上升,土壤盐分在变化,需要灌溉更多的土地才能获得这种生产方式通常会得到的。”杜塔说。“即使在五到十年前,没有什么影响的事情现在对美国市场和整个世界都非常重要。”

由于SDA1基因及其7个氨基酸结构域是天然存在的,因此科学家可以鉴定出栽培品种并选择高水平表达该基因的农作物菌株。这与转基因作物不同,因为它不需要改变基因,而只是选择和繁殖表达SDA1的植物,使它们对胁迫的抵抗力更高。

我们可以生产更坚硬的农作物吗?我们可以使它们抗旱吗?我们可以使它们对细菌病原体更具抵抗力吗?随着更多研究的到来,Dutta说他相信许多答案都在于SDA1。

寻找线索

杜塔(Dutta)现在是UD农业与自然资源学院的家禽研究员,他有丰富的经验,研究过各种生物模型以了解从细菌到植物和鸡的细胞应激。除了提高农场生产力外,他目前的工作可能会发现并确定人类生殖器官中癌症的驱动因素。

杜塔说:“就发病率或发生率而言,卵巢癌并不是女性的前十名癌症,但就死亡人数而言,卵巢癌是前五名。” “卵巢癌我们面临的问题之一是检测。这不是我们不能治疗它,而是当患者去看医生时,通常处于晚期。”

Dutta说,他开始与鸡一起研究生殖健康,因为它们不同于其他动物模型,它们在实验室中会发展为自发性卵巢癌,从而提供了对家禽和人类都可能有益的见解。

氧化应激是导致癌症发作的最大因素之一。通过了解植物和动物界的氧化应激,Dutta希望能够在各个领域进行更多的概括,并将基因调控知识应用于不同的现象。

杜塔说:“这可以追溯到“一个健康”的概念,以及在一个领域中所学的知识都可以应用于其他领域的想法。” “许多基本原理保持不变,我们只是在不同的生理环境中研究它,以及它与不同疾病输出之间的关系。在每种情况下,我们都在学习细胞如何对氧化应激作出反应,以及这种反应有多关键应对措施是确保家禽和人类都获得良好的结果。”

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