由卡内基的 Kangmei Zhao 和 Sue Rhee 领导的新工作揭示了植物能够快速激活防御细菌感染的新机制。这种理解可以激发提高作物产量和对抗全球饥饿的努力。

“了解植物如何应对压力环境对于制定保护重要粮食和生物燃料作物免受气候变化影响的战略至关重要，”Rhee 解释说。

发表在eLife 上，赵和李的新工作以及卡内基的 Benjamin Jin 和斯坦福大学的 Deze Kong 和 Christina Smolke 研究了如何在基因水平上激活一种名为 camalexin 的植物防御化合物的产生。

“因为植物生长在一个固定的位置，所以它们无法逃离捕食者或病原体，”赵解释说。“相反，它们已经进化出能够帮助它们抵御入侵者以及其他功能的化合物。”

Camalexin 与其他植物代谢物一样，由称为酶的特殊工作蛋白合成，这些蛋白执行细胞的许多功能职责。当植物处于环境压力下时，它会激活编码这些酶的基因。研究人员着手阐明植物细胞如何快速启动生产线并在正确的时间对外部条件或威胁做出反应。

细胞的遗传物质编码了制造这些产生camalexin的酶和细胞在其生命的每个阶段在各种条件下执行其必要功能可能需要的所有蛋白质的配方。这是大量信息，这就是为什么细胞中遗传密码的组织如此重要的原因。

“想象一个细胞的基因组是一个巨大的图书馆，每个基因都是一本书，每条染色体都是一个非常大的架子，”Rhee 说。“细胞有不同的机制，可以在大量信息中快速找到它需要的基因，这样它就可以被转录和翻译成编码的蛋白质，并对环境条件做出反应，包括威胁和压力。”

这些策略包括在所有基因和相关材料(统称为染色质)的包装中添加或删除标签或标记，它们可以增强或抑制特定基因的表达。有时，激活和抑制元素同时存在，这种现象称为二价染色质。

Zhao、Rhee 和他们的同事能够阐明一种前所未有的二价染色质类型的存在——他们将其称为 kairostat，来自希腊语“kairos”，意思是在正确的时刻，“stat”，意思是装置 - 保持 camalexin 的生物合成途径不活跃，直到有病原体信号。他们的研究结果表明，需要这两种元素来控制植物对外部压力做出反应的适当时机。

“Camalexin 和其他防御化合物对于植物来说通常非常昂贵且有毒。因此，植物一直制造它们是不利的，”赵说。“植物科学家早就知道，这些防御化合物是在植物受到害虫和病原体攻击时及时制造的。我们现在对一种分子机制有了新的认识，可以实现这种camalexin产生的精确时间。这一发现可以为应对气候变化和全球饥饿，甚至植物源药物的合成提供信息。”

展望未来，该小组希望表征参与建立和去除表观遗传标记的所有蛋白质，以识别更多的 kairostats 并更好地了解它们在环境响应和其他植物功能中的作用。