某些蛋白质是植物应对干旱的指挥 | Science 论文推荐

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某些蛋白质是植物应对干旱的指挥 | Science 论文推荐7 Y$ {6 g* M/ a/ G1 m
来源：科研圈 / 作者： / 2016-11-10
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5 M6 v' \# O- M/ Q: i3 Y! n拟南芥（Arabidopsis thaliana）在自然环境中表现出应激状态。! C  r/ N5 P* f" ]+ Y/ k
植物叶片的下垂和干枯提示我们为它们浇水，而在分子水平上植物是怎样应对干旱的呢？
* {( m! l/ H) ^) Y; A) M  [+ }+ D9 ?Salk 研究所的科学家最近在这个问题上取得了重大突破，这一发现或许能帮助农业生产适应干旱等不利气候。( @4 {7 J5 r" O3 }- m
该研究发表在11月4日的 Science 上（论文信息见文末）。研究表明在面对不利自然条件时，植物的一小部分蛋白会作为“指挥”，调控复杂的应激反应。这些实验结果有望促进提高植物水分利用率的新技术的开发。
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1 Q, T1 u9 A$ w' t* B. v0 i& o! @ “从分子水平上来讲，植物应对胁迫是一个涉及数百个基因的复杂过程，”本文通讯作者 Joseph Ecker表示。“我们发现了一类调节蛋白，它们在植物应对干旱等胁迫过程中发挥着关键作用。如果我们能够控制某个调节蛋白，就相当于控制了它所调控的全部基因。”
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在不利条件下植物的抗逆能力决定其存亡。正如肾上腺素能帮助人类应对危险一样，植物也拥有一些重要的激素来帮助它们应对环境中的胁迫条件：参与种子生长和提高水份利用率的脱落酸（abscisicacid，ABA）就是其中之一。+ S  J% I  B0 y/ f% w" a( ?
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当土壤中水份稀少或者盐度偏高时，植物的根和叶便会分泌脱落酸。尽管科学家知道激素可以影响植物的抗逆能力，但我们对激素分泌后植物体到底发生着怎样的变化还知之甚少。
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9 Q) N- I0 [  g0 y4 H* u/ ~5 n" b “仅仅二十几个调节蛋白，却控制着上百甚至上千个基因的表达,”本文的第一作者 Liang Song 说道。“通过找出主要的调节蛋白并研究其工作机理，我们可以更加深入地理解甚至人为调节植物的应激反应。”
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+ p7 y4 P+ p3 A' z$ b4 n: Q在实验中，Salk研究所的课题组追踪植物分泌脱落酸时基因表达的实时变化，并确定了一些关键的调节蛋白，这些蛋白控制着植物应对干旱等外界胁迫条件的应激反应。通过定位这些调节蛋白与DNA的结合位点，他们确定了一些能够调节基因表达网络的关键蛋白，这些蛋白能高效引发细胞面对环境变化的应激反应。                                                                                                                              9 m( h7 z" s7 g. R
这个课题组着力于研究一些已知的响应脱落酸的调节蛋白。他们将生长三天的拟南芥幼苗浸泡在含脱落酸的溶液中，并每隔60小时检测它们的基因表达强度。
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在实验过程中，他们得到了包含33602个基因的122个数据组，其中3061个基因至少在一个时间点有表达强度的变化。数据分析揭示出一个多层次的调控机制，其中调节蛋白在基因表达调控中起到最关键的作用。有趣的是，蛋白在 DNA 上特定时刻的结合模式能很大程度上解释某一较长时间内基因的表达情况。这些动力学特性共同揭示出植物应对环境刺激是一个全基因组范围的协同反应。
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' ]8 s8 }8 _/ L" ^# q8 W! y* R* [, N+ H “基于对网状结构的认识，我们发现单个关键调节蛋白可以同时控制多个组分，这意味着基因调控是一个精确且相互关联的过程。”Song 说道。“这一点对农业十分重要，因为这表明对一个基因的控制可以激活或抑制另一整套基因，使得统筹设计人工干预方案称为可能。”这一研究与Ecker课题组2013年另一项关于植物激素乙烯的研究相互呼应，表明这种多层次协同的基因活动在有花植物中可能是广泛存在的。
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( ?! o5 ~( Z1 s* ] 论文基本信息; o' n9 R  ?1 Y0 H8 v  q
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【题目】A transcription factorhierarchy defines an environmental stress response network
; O& e& R  u" w/ f5 t& w3 b, b【作者】Liang Song, Shao-shanCarol Huang, Aaron Wise, Rosa Castanon, Joseph R. Nery, Huaming Chen, MarinaWatanabe, Jerushah Thomas, Ziv Bar-Joseph, Joseph R. Ecker
! r4 U1 @; @) ^. t3 C+ @* r6 y) y【刊期】Science
: x. ~/ h! M# g' M" R! h【日期】04 Nov 2016
  {) F( `7 q2 p5 k+ a: A【DOI】10.1126/science.aag1550! R3 F; C5 R! V* z" T4 L
【摘要】Environmental stressesare universally encountered by microbes, plants, and animals. Yet systematicstudies of stress-responsive transcription factor (TF) networks inmulticellular organisms have been limited. The phytohormone abscisic acid (ABA)influences the expression of thousands of genes, allowing us to characterizecomplex stress-responsive regulatory networks. Using chromatinimmunoprecipitation sequencing, we identified genome-wide targets of 21ABA-related TFs to construct a comprehensive regulatory network in Arabidopsisthaliana. Determinants of dynamic TF binding and a hierarchy among TFs weredefined, illuminating the relationship between differential gene expressionpatterns and ABA pathway feedback regulation. By extrapolating regulatorycharacteristics of observed canonical ABA pathway components, we identified anew family of transcriptional regulators modulating ABA and salt responsivenessand demonstrated their utility to modulate plant resilience to osmotic stress.& j7 j& {  F/ W* p% U! t+ C
【原文链接】http://science.sciencemag.org/content/354/6312/aag1550
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