植根于不断变化的环境

植根于植物必须改变形状以适应其环境。了解这种可塑性为我们提供了指导植物开发在不断变化的世界中的工具。

植物是地球生命的核心:它们是其大多数生态系统的基础,并且在更基本的水平上会产生大部分氧气。人类在农业中利用他们来采购药物和医学(不再是更多),并用于装饰(仍在进行中)。

植物不得不发展监管系统,以帮助它们在不断变化的环境中生存

尽管它们的多样性,植物都有明显的缺点:它们的动力。结果,植物不得不发展监管系统,以帮助它们在不断变化的环境中生存,而他们不能简单地离开。尽管长期感兴趣,但随着气候变化和人口增加的增加,阐明其生存机制的压力从未如此重要。

塞恩斯伯里实验室剑桥大学于2011年开业,目的是创建一个协作和跨学科的研究环境,通过该环境可以阐明植物生长和开发的基本监管机制。因此,这是今年会议的主要场所 -塞恩斯伯里实验室研讨会2016- 汇集了一系列国际植物发展研究人员,研究固有的过程以及对环境产生的过程。

植物感

在整个会议期间,一个经常出现的主题是植物感知:它是如何发生的,以及如何推动发展和增长。首先(或末尾,取决于您的观看方式),Gwyenth Ingram谈到了植物如何制造种子,这一过程需要对几个组织进行协调的开发,这些组织基本上彼此隔离,从而排除了化学交流。机械敏感性驱动了种子的发育,她认为,发展的种子像气球一样膨胀。去年,她的小组证明了第二个细胞层是机械响应区域:随着微管动力学的变化和外部细胞壁增厚,增加了ELA1的表达(种子大小和吉伯林素代谢的调节剂)。

机械敏感性驱动种子发育,发展种子像气球一样膨胀

为了协调生长一旦植物从种子中排出,植物信号分子与不断增加的作用相关的是斯特加乳酮家族。

在开幕主题演讲中,Sofie Goormachtig讨论了她关于阐明根部基础乳酮信号网络的工作在塑造根架构中的关键作用取决于由其他两个信号分子的串扰产生的激素景观,生长素和细胞分裂素,使得根体系结构由三个紧密整合的信号网络塑造,从而使对环境变化的自适应响应所需的灵活性。

掠夺性寄生虫(这并不是所有的好)

斯特里甲酮信号传导是与氮固定细菌的早期共生阶段的结节反应的基础 - 但也被环境的不太理想元素拦截。

一些最臭名昭著的寄生虫是该属的寄生虫sTriga:“巫术”。这些寄生的杂草看似没有任何地方,并造成巨大的农作物损失 - 最常见于撒哈拉以南非洲,但在其他地区也出现了。Striga缺乏光合作用的能力,而是依靠他们通过释放到土壤中的strigalactones感知的宿主。

Ken Shirasu,有兴趣建立分子机制Striga- 像寄生虫一样phtheirospermum japonicum作为模型有机体,与Striga,是一种不典型的寄生虫 - 它在宿主外生活的能力,使其更容易学习。例如,这使他能够更加仔细地看待Haustorium - 一种侵入性的器官,与宿主建立了血管连接。

Haustaurium
木质部桥(XY)将寄生虫(PX)根连接到宿主(HO)根,从而导致两者之间的血管连续性。改编自Ishida等人,植物细胞,2016年(https://www.plantcell.org/content/28/8/1795);版权所有©2016美国植物生物学家学会。

使用远期遗传学,他的小组能够早些证明今年根本发育程序适用于避风关系的头发形成P. Japonicum,这有助于从宿主到寄生虫的养分运输 -从那以后Haustorium的开发取决于YUC3基因,一种生长素生物合成基因,生长素在战略上集中在Haustorium接触位点 - 另一种Strigalacton-actocin-auxin连接。

许多寄生虫为自己的末端颠覆了植物生长,囊肿线虫提供了一个特别亲密的例子,由梅利莎·米切姆(Melissa Mitchum)报道。在植物中,蛋白质家族调节干细胞池。囊肿线虫以令人印象深刻的跨王朝模仿壮举,通过操纵植物的细胞增殖途径来产生自己的cle样蛋白,以促进喂养位点的形成,尽管他们仍然取决于宿主蜂窝式翻译后机械“成熟”它们的蛋白质蛋白。

适应和 - 防止未来?

植物没有新闻来适应其形态来优化环境资源获取,尽管非侵入性成像方法,例如基于X射线的微观,Malcolm Bennet使用的是研究根适应性反应,因为它们探究了土壤的水和营养素,,营养素和营养素,已显示我们不知道这一切。

例如,众所周知的根源可以适应其生长方向,以响应水位适应侧根的位置响应水位,以及养分的异质分布

根
在干燥空气或湿土的界面上生长的玉米幼苗的微观图像 - 侧根显然有利于后者。图片改编自Bao等人,PNAS,2014年(https://www.pnas.org/content/111/11/25/9319.full.pdf)。

植物提供了许多令人印象深刻的反应性生长适应的例子 - 但是主动呢?

这些是Jose Gutierrez-Marcos谈到的话题,谈到了他关于表观遗传学的工作。

他和他的同事们早些时候报道了亲本植物的高盐度暴露赋予了后代的盐度耐受性,并且稳健性的增加与DNA甲基化状态的母体遗传的变化耦合,尤其是在表观遗传不稳定的区域,能够自发地改变其DNA甲基化状态。

去除应激源时,应激相关的甲基化状态逐渐恢复。完美的,似乎可以快速适应短期的环境波动,因为与压力相关的表观遗传变化立即足够稳定,可以在多代内遗传,而不是不可逆转的。

冰山一角

不用说,这几乎没有刮擦植物生命的惊人适应性,以及对环境影响的不断增长的理解,即发育中的植物或外部以及无法控制的内部。但是,我们必须希望,了解植物可塑性的分子网络的进步将使植物的适应能力越来越多地控制在我们的控制之下。

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