未來對植物來說具有挑戰(zhàn)性。預(yù)計氣候變化將給已經(jīng)在干旱條件下掙扎的地球上的部分地區(qū)帶來廣泛的干旱。為了減輕對農(nóng)業(yè)的潛在破壞性影響，研究人員正在尋求幫助植物抵御極端環(huán)境危害(包括干旱和鹽脅迫)的策略，當(dāng)灌溉水通過土壤時沉淀鹽，然后可以被植物根吸收，降低整體生產(chǎn)率。

一個方法是研究植物自然進(jìn)化的方式，以應(yīng)對鹽分過多等壓力。在Cell Reports的一項新研究中，由賓夕法尼亞大學(xué)生物學(xué)家Brian D. Gregory和研究生Stephen J. Anderson領(lǐng)導(dǎo)的研究人員已經(jīng)確定了一種可能被操縱的機(jī)制，以開發(fā)更耐鹽的作物。

他們的研究表明，RNA分子上的一個小標(biāo)簽 - 轉(zhuǎn)化為產(chǎn)生蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄本 - 有助于穩(wěn)定和保護(hù)這些遺傳物質(zhì)。當(dāng)植物暴露于高鹽條件下時，稱為N6-甲基腺苷或m6A的RNA標(biāo)記可防止編碼蛋白質(zhì)的轉(zhuǎn)錄物分解，從而幫助植物更有效地應(yīng)對具有挑戰(zhàn)性的條件。

“這就是我們?nèi)绾螏椭r(nóng)民的，”格雷戈里說，他是賓夕法尼亞大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院生物系副教授，也是該論文的高級作者。“我們需要找出能夠制造更多耐鹽和抗旱植物的方法，并且操縱這條路可能是實現(xiàn)這一目標(biāo)的一種方式。”

對于生產(chǎn)任何蛋白質(zhì)的生物體，它必須首先具有相應(yīng)的信使RNA鏈(mRNA)。但并非所有mRNA都轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì); 有些人在到達(dá)那個階段之前會退化。近年來，哺乳動物和植物生物學(xué)家一直在關(guān)注m6A標(biāo)記作為過程中的一個參與者，其中mRNA被定位為保持或破壞。

格雷戈里說：“這個標(biāo)志引起了人們的興趣。” “它被發(fā)現(xiàn)是mRNA中最豐富的內(nèi)部修飾。”

在哺乳動物中，大部分研究指向標(biāo)記mRNA的標(biāo)記以進(jìn)行破壞。并且，雖然一些研究表明它可能在植物中以相同的方式起作用，但Gregory，Anderson和同事希望得到一個更全球化的觀點(diǎn)。

分析來自成熟擬南芥的葉子，研究人員在全球范圍內(nèi)鑒定了正常植物中的m 6 A以及添加m6A的酶已被消除的那些，從而在實驗上耗盡了它們的標(biāo)記。

他們發(fā)現(xiàn)，在正常植物中以m 6 A 標(biāo)記時豐富的轉(zhuǎn)錄物在m 6 A耗盡的突變植物中低得多，這表明該標(biāo)記起到保護(hù)能力以穩(wěn)定轉(zhuǎn)錄物的作用。

通過密切比較正常植物和突變植物，研究小組發(fā)現(xiàn)當(dāng)存在時，m 6 A通過阻止酶降解它們來保護(hù)轉(zhuǎn)錄物。當(dāng)缺少該標(biāo)記時，轉(zhuǎn)錄物被切割并隨后降解。

“這有點(diǎn)偶然，”安德森說，“但事實證明，這種不穩(wěn)定發(fā)生在這些標(biāo)記應(yīng)該出現(xiàn)的地方，但不在實驗組中。”

下一步是問為什么植物可能首先進(jìn)化出這種機(jī)制。研究人員暗示，從正常植物和突變植物之間的受影響基因判斷，m6A標(biāo)記可能與應(yīng)激反應(yīng)有關(guān)。但是，為了進(jìn)行測試，他們在高鹽土壤中種植植物并重復(fù)他們的實驗。

他們發(fā)現(xiàn)，鹽處理導(dǎo)致植物在與鹽脅迫響應(yīng)相關(guān)的mRNA轉(zhuǎn)錄本以及干旱脅迫上附加更多m 6 A標(biāo)記。換句話說，這些植物正在為應(yīng)對環(huán)境挑戰(zhàn)做好準(zhǔn)備。

“這為植物提供了一種動態(tài)且非常強(qiáng)大的機(jī)制來調(diào)節(jié)應(yīng)激反應(yīng)，”格雷戈里說。“你可以將這個標(biāo)記移動到你想要保留的成績單上。”

“還有證據(jù)表明，”安德森說，“植物可能能夠積極地從他們不需要的成績單中刪除這一標(biāo)記。我們?nèi)栽谘芯窟@種機(jī)制。”

“這項工作，”國家科學(xué)基金會的資助該研究的Karen Cone說，“提供令人興奮的新理解，即基因組信息如何與來自環(huán)境的信號相互作用，從而為機(jī)體產(chǎn)生有益的結(jié)果。結(jié)果有望打開大門。未來發(fā)現(xiàn)有機(jī)體如何使用基于RNA的機(jī)制來維持它們在不斷變化的環(huán)境中生存所需的穩(wěn)健性和適應(yīng)性，這一發(fā)現(xiàn)與NSF的10大理念，理解生命規(guī)則：預(yù)測表型直接相關(guān)。 “

在另外的后續(xù)實驗中，Gregory的實驗室將檢查該標(biāo)記是否涉及植物的其他壓力情況，例如當(dāng)它們受到細(xì)菌或真菌等生物的破壞時。Gregory及其同事還計劃在對農(nóng)業(yè)重要的植物物種中進(jìn)行實驗，例如大豆。

進(jìn)一步的研究還可以幫助他們了解植物將這一標(biāo)記附加到轉(zhuǎn)錄本上的機(jī)制，從而有助于制定可以更好地抵抗干旱帶來的挑戰(zhàn)性條件的工程植物戰(zhàn)略。