许多业余园丁都可以证明，某些植物再生自身部分的能力是相当惊人的。剪下一段茎放在一杯水中，就能长出全新的蔬菜。但在微生物学层面，植物学家发现，为了应对这些损伤，植物会在两种反应之间做出选择：再生和防御。一项发表在《Developmental Cell》上的新研究探讨了植物是否可以通过引导走向再生而非防御来促进快速生长。
当植物受到某种伤害时，它有许多方法可以利用体内的化学物质来修复或保护自己。但正如研究的作者指出的那样，这种反应通常在这两者之间摇摆不定。例如，一株植物可以重新长出受伤的肢体，或者通过产生毒素来抵御动物，从而保护自己。
为了弄清楚这两种反应是依次发生，还是防御总是先于再生，研究人员试图操纵植物生物学，使其倾向于一种方向。通过干扰化学反应，他们试图延长模式拟南芥和玉米植物专注于再生的时间。
根据纽约大学生物学教授、该研究的作者之一 Kenneth Birnbaum 的说法，这项工作源于几个核心问题。植物如何知道自己受伤了？以及哪些早期步骤将损伤与再生联系起来？为了解决这些问题，他的团队专注于植物本身的 DNA，观察在受伤后的最初几个小时内 DNA 如何发生变化。
通过关注双子叶植物（如拟南芥，具有两片子叶）和单子叶植物（如玉米，只有一片子叶），生物学家能够为两种主要的植物类型提供结果。研究人员首先选择了拟南芥，或称阿拉伯芥，它是一种强大的再生植物，也是微生物学家的常用实验工具（它是第一种基因组被完整测序的植物）。比利时根特大学植物生物技术教授 Lieven De Veylder（未参与此项研究）表示，它还拥有纤细、透明、间距适中的根，便于分析。
Birnbaum 发现，植物的谷氨酸受体样蛋白开始加速其防御机制，几乎就像在为战斗做准备一样。他表示，这些分子与人类大脑中的谷氨酸受体类似，用于新陈代谢和其他目的感知氨基酸。它们也在植物受伤时驱动植物的防御系统。
植物中的谷氨酸受体样蛋白通过向细胞注入钙来发挥作用，这会指示这些“小工兵”在防御被细菌或真菌等病原体侵犯时迅速行动。虽然研究人员最初认为钙是在向细胞发出再生信号，但他们发现细胞实际上被指示增强防御。
Birnbaum 表示，他们之前曾假设这两种反应是密不可分的。但通过在这项研究中操纵受体，他们发现植物实际上可以区分它们的反应。
为了验证这一点，作者通过两种不同的方法激活了受体。一种方法是使用马里兰大学的 José Feijó 正在研究的一种基因改造受体。研究人员将普通植物的损伤反应与四个谷氨酸受体样蛋白基因经过修饰以抑制其反应的样本进行了比较。结果，“四重突变体”植物表现出再生能力的增强。
但 Birnbaum 表示，处理基因突变会带来许多未知因素。因此，为了确认他们的发现，该团队使用了一种改编自人类神经生物学研究的化学处理方法来抑制植物受体的反应。
Birnbaum 发现，通过化学方法阻止受体释放钙，他们能够在短时间内减少防御反应并增加再生反应。在拟南芥和玉米中，再生时间都翻了一番。再生成绩的衡量标准包括再生根的能力或称为愈伤组织的干细胞结构。
但最大的考验是看看抑制受体是否对单子叶植物和双子叶植物都有效。Birnbaum 说：“令我们惊讶的是，在很多方面，它们在两个类群中都同样有效。”对他来说，这意味着防御信号在不同植物种类中以相同的方式工作。
“这就像看到了人类和鸟类之间存在的一些保守的东西，”他指出。
理论上，增强再生能力可以用来提高主要农作物在气候变化下的抗逆性。Birnbaum 表示，由于玉米或糖等大部分农作物已经经过基因改造，这仅仅是改变它们以使其更强韧的另一种方式。
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问题在于，玉米和高粱等一些最重要的作物再生能力相对较差。增加这些植物的再生时间将使它们在面临更多损害时能够更好地应对。
De Veylder 指出，可能有许多原因，包括细胞组成的差异，导致玉米再生更困难。他表示，与树木相比，许多物种在受伤后无法再生。如果这种情况发生改变，人们将可能获得许多好处：增加生物多样性、更丰厚的收成、减少粮食不安全，甚至更有效的碳捕获。
但 De Veylder 也警告不要操之过急，尤其是在将这些发现推广到其他作物类型时。他说：“大多数人只是在努力了解创新的必要组成部分。”“我认为现在还处于早期阶段。人们首先想要拥有工具箱，然后再去研究作物。”
