相反 暴露的植物经历了一系列的生化变化来保护细胞免受损害

气温下降，植物就扎不起来了。相反，暴露的植物会经历一系列的生化变化来保护细胞免受损害。科学家已经描述了这些变化，并确定了一些控制这些变化的基因，但尚不清楚所有过程是如何协同工作的。由于缺乏这种全局观，植物育种家一直在尝试设计耐寒作物。

伊利诺伊大学和土耳其Gebuze理工大学最近的一项研究提供了一种思考植物冷胁迫的新方法，这种方法超越了检测单个基因、蛋白质或生化途径的传统方法。相反，它同时检查了冷应激反应中涉及的整套基因、代谢物、途径和反应。

“育种者不太可能成功地修改单个基因并获得更强的耐寒性。我们需要了解整个系统：不仅是感兴趣的基因，还包括影响植物中涉及的特定途径和其他生物活动的所有相关基因。我所在的作物科学系的教授、《生物工程和生物技术前沿研究》的作者Gustavo Caetano-anols说。“我们的研究已经确定了与重要性状相关的重要代谢物，这是代谢分析技术的一个进步。”

下一代基因测序使得有可能生成在给定时刻生物体中表达的所有基因和蛋白质的列表——构成数百万个数据点——但仍然不可能理解所有这些基因或蛋白质是如何形成的。互动。

研究小组开始研究从拟南芥(Arabidopsis thaliana，一种常用于理解遗传和生理过程的小植物)中收集的数据点，这些数据点位于冷胁迫期间的四个时间点。通过使用基因和基因产物的注释数据库，该团队能够建立一个基因、代谢物和途径的网络，并确定植物冷应激反应中涉及的所有过程。

“我们的分析揭示了许多途径中与胁迫相关的代谢产物，我们不一定认为它们会对冷胁迫做出反应，包括氨基酸、碳水化合物、脂类、激素、能量、光合作用和信号通路。这表明在系统层面观察压力响应是多么重要，”Caetano-anols说。“我们发现，冷应激首先引发能量爆发，然后将碳转化为氨基酸和脂质代谢。”

Gebze技术大学的研究人员、该研究的共同作者IbrahimKo补充道：“特别是，乙醇是参与细胞能量管理的重要代谢物。”

这一发现表明植物育种家和生物工程师可能有一条前进的道路，但需要更多的研究来确定所涉及的方法是否可以同时进行修改。具体来说，这种方法将允许科学家使用系统生物学工具来研究填充重要途径的代谢反应，并联合设计酶来改善植物对环境损害的反应。

重要的是，这项研究提供了一种观察几乎任何生物体代谢过程的方法。caetano-anols认为这种方法可以用于研究杂草的除草剂抗性或哺乳动物的抗生素抗性。

“使用复杂网络系统地将基因活动与相关生物功能联系起来的策略现在为遗传工程和合成生物学开辟了非凡的机会，”Caetano-anols总结道。

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