來自名古屋大學的一組研究人員發現了一種以前未知的途徑，它可以調節植物是利用其資源生長還是利用其耐壓能力。這一發現可以使在農業條件下控制應力反應，增加作物產量。
圖片:PSY受體突變型(右)和野生型(左)。PSY受體突變體耐壓能力較差，但生長較容易。
圖片來源:Yoshikatsu Matsubayashi博士
作物經常面臨惡劣的生長環境。疾病、極端溫度和鹽鹼地等因素迫使植物利用能量來應對由此產生的壓力，而不是將能量用於生長。這就是所謂的“生長-壓力反應權衡”。現在，來自名古屋大學的一組研究人員發現了一種以前不為人知的途徑，它可以調節植物是利用其資源生長還是利用其耐壓能力。這一發現可以使在農業條件下控制應力反應，增加作物產量。他們在雜誌上發表了研究結果科學．
由日本名古屋大學科學研究生院Yoshikatsu Matsubayashi教授和助理教授Mari Ohnishi領導的一個研究小組調查了激素及其受體在植物脅迫反應中的作用。他們集中研究了三種受體，這些受體的對應激素還沒有被識別出來。他們利用小型開花植物擬南芥(thale cress，即擬南芥)，發現了PSY家族，該家族作為一種激素，與這些受體結合，並調節應激反應與生長之間的轉換。
當研究人員調查相關途徑時，他們有了一個意想不到的發現。通常，受體和激素的作用就像鎖和鑰匙，而激素(在這種情況下，是一種肽PSY激素)就像開啟一個生物過程所必需的鑰匙。然而，在這項研究中，那些不產生PSY的植物細胞卻有積極的應激反應。因此，這表明，在受體“鎖”中存在的PSY“鑰匙”並沒有激活應激反應，而是保持它處於關閉狀態。
為了測試壓力反應的本質，研究人員在高溫、鹽等極端壓力條件下種植植物，並讓它們感染細菌。缺乏PSY受體或持續餵食PSY激素的植物無法對脅迫作出充分反應，導致成活率降低。科學家們得出的結論是，受到脅迫的植物會停止釋放PSY，而PSY的缺失會引發脅迫反應基因。
為了解釋這一現象，研究人員提出了一種機制，即受損細胞減少了受損部位附近細胞層中PSY激素的濃度。這種PSY的缺失引發了應激反應。重要的是，這可能解釋了為什麼即使是受損的植物也能發送信息。受損的植物細胞可能會停止PSY激素的釋放，從而激活應激反應，而不是利用它們有限的資源來創造新的信號。這種機制將平衡抗壓力能力和相關的能源成本。因此，即使在最緊張的環境條件下，植物仍然可以通過管理它們有限的資源來生長。
“在擬南芥中發現的大多數機制在其他植物中也能找到。因此，我們的研究結果適用於所有作物。”“這種機制使人為控制耐應力和屈服之間的平衡成為可能，這是一種權衡關係。近年來，越來越多的農作物被種植在植物工廠里。當作物在室內生長時，這是一個低壓力的環境，而承受波動的自然室外環境所需的壓力響應系統並不總是必要的。在植物工廠中培育低PSY受體活性的品種可能會在這些受控環境中獲得更高的產量。”
文章標題Peptide ligand-mediated trade-off between plant growth and stress response