植物需要应对许多威胁，从想要啃食它们的昆虫到希望感染它们的细菌。同时保持防御能力以抵御多种攻击，同时又不影响生长所需的能量，这是非常困难的。
但密歇根州立大学的研究人员可能已经找到了一种方法，可以帮助植物同时抵御昆虫和某些病原体的攻击。这项研究成果已于本月早些时候发表在《美国国家科学院院刊》上。
植物的主要防御机制之一是茉莉酸，这是一种应激激素。当昆虫啃食植物时，它会触发茉莉酸途径，导致植物释放出阻止昆虫继续进食的化合物。这些化合物称为蛋白酶抑制剂，它们会使昆虫无法消化植物物质。
当植物中的茉莉酸活跃时，它往往会抑制一种叫做水杨酸的独立激素，而水杨酸可以防止病原体感染。
问题是，一些病原体可以利用这个系统来使植物更容易受到感染。例如，一些名为“丁香假单胞菌”（Pseudomonas syringae）的细菌会产生一种名为“丁香霉素”（coronatine）的毒素，它模仿茉莉酸——它在大小和形状上都很相似，并且可以附着在引起茉莉酸级联反应的同一受体上。换句话说，细菌会欺骗植物以为遇到了虚假的昆虫攻击，从而降低了植物对病原体的防御能力。然后细菌就可以悄悄潜入。然后：感染。
新研究的目标是阻止这种情况发生。该论文的第一作者、密歇根州立大学植物生物学研究生张丽（Li Zhang）说：“我们一直在思考：如何将细胞毒素与水杨酸途径分离，同时保持茉莉酸途径？”
张说，密歇根州立大学的研究小组首先试图改变受体的结构，使其无法附着到毒素上，但没有成功。接下来，他们研究了两种苔藓中相关的受体，苔藓比目标植物更简单，并且没有进化出相同的茉莉酸途径。最终，研究人员发现，通过将一种苔藓中的单个氨基酸替换到更复杂的实验室模型拟南芥（Arabidopsis）中，他们可以得到期望的结果。
该研究的负责人、霍华德·休斯医学研究所/戈登和贝蒂·摩尔基金会的研究员、密歇根州立大学的何升阳（Sheng-Yang He）说：“基本上，现在植物不仅能够防御昆虫，因为该激素途径是正常的，而且还能防御那些进化来克服防御系统的细菌。”
在这篇论文中，科学家们使用了较旧的基因工程技术来改变茉莉酸途径。但他们希望在未来的项目中转向更新的基因编辑方法，如CRISPR，这将使他们能够相对容易地替换氨基酸。何说：“因为这是一个单一的核苷酸改变，它非常适合CRISPR。”他补充说，下一步是将该研究应用于大豆和番茄。如果成功，这将为培育抗性作物提供一种新方法。
普罗西丁·斯塔西克（Paul Staswick），内布拉斯加大学植物分子生物学家和茉莉酸信号传导专家（斯塔西克未参与PNAS论文），表示：“我认为这是一篇很好的论文，它建立了一条潜在的途径，不仅可以实现这一改变——也许在其他情况下也是可行的。”
他补充说：“如果它能在环境中得到证实，那么在作物和各种不同的植物物种中，它可能在田间非常有用。当然，这才是最大的问题。”
何表示，另一项未来的工作是研究该技术是否也能用于使植物抵抗干旱等其他环境障碍。
他说：“能否培育出一种能在任何条件下都能生长的梦想植物？那将是太棒了。但这需要很多人的努力。这是农业的一项重大挑战——气候变化、肥沃土壤的消失、人口增长，我们需要一种非常巧妙的方法来培养能够抵御一切的植物。”
