時至今日，全球氣溫變暖和淡水資源的貧乏嚴重制約了農業生產。因此開發出節水型作物，進而提高農業用水利用率，具有非常重要的現實作用。aba是一種植物激素,在水缺乏時，其受體感受到aba訊號通過控制葉片氣孔的閉合，減少植物的蒸騰作用流失的水分，可以提高作物的耐逆性。作者認為可以通過改造aba的受體，使其感受到農用化學品如雙炔醯菌胺（廣泛用於防治大多數卵菌綱病害）時，啟動aba訊號途徑，可以有效提高水的利用效率。
期刊：nature
if: 41.577
研究方向：調節擬南芥細胞擴增的分子機制和aba訊號轉導途徑
doi:10.1038/nature14123
在缺水時，植物激素aba可以通過控制葉片氣孔的開度來減少水分的蒸發，提高水的利用效率。因此改造aba受體pyr1使其感受農用雙炔醯菌胺啟用aba訊號途徑可以提高植物的耐旱性。pyr1是aba的一種受體，作者通過飽和突變的方法獲得乙個六突突變體pyr1mandi可以響應納摩爾級別的雙炔醯菌胺，耐旱性顯著提高。這種策略同樣可以應用於其他植物受體，並為作物改良提供新的途徑。
植物aba受體首先感知aba並與磷酸酶pp2c互作，進而解除pp2c對下游的snrk2激酶的抑制作用。snrk2啟用下游的與aba訊號相關的轉錄因子的表達，其中包括直接調控氣孔開閉的基因sac1。因此改造aba受體使其感知農用化學品並啟動aba訊號途徑可以優化水資源的利用。
1. pyr1(aba受體)突變體的創制
pyr1是aba訊號其中乙個受體，作者通過飽和突變pyr1的方式獲得了7125種突變體，用雙炔醯菌胺（mandipropamid）對這些突變體進行篩選，發現乙個六突突變體pyr1mandi可以響應納摩爾級別的mandipropamid，進而啟用aba途徑關閉氣孔，減少水分的蒸發。
圖1. pyr1mandi可以響應納摩爾級的mandipropamid2. pyr1mandi蛋白空間構象發生變化
為了進一步**改造後的aba受體響應雙炔醯菌胺（mandipropamid）的分子機理，作者對pyr1的乙個四突pyr1(k59r/v81i/f108a/f159l)（四突比六突晶體構象更清晰）蛋白空間構象進行分析，發現相比野生型pyr1，其中乙個顯著的變化就是在四突突變體中，識別結合位置空間明顯增加。
圖2. pyr1的乙個四突突變體晶體構象與野生型的比較3. 利用rna-seq比較野生型與35s::pyr1mandi轉基因植株響應aba和mandipropamid之間轉錄組之間差異
首先作者用aba、mandipropamid分別處理野生型和35s::pyr1mandi轉基因植株，mandipropamid 處理野生型不會引起顯著的aba誘導的反應（圖3a），而mandipropamid 處理35s::pyr1mandi轉基因植株則會引起類似的aba處理野生型的反應（圖3b）。此外，作者用aba分別處理野生型和35s::pyr1mandi轉基因植株，兩者之間的反應高度類似（圖3c），這表明轉入pyr1mandi並不會影響aba其他的受體對外源aba的響應。為了排除轉基因的過程是否會對植株轉錄產生影響，作者同時比較了野生型和35s::pyr1mandi轉基因植株之間的轉錄，發現兩者幾乎沒有差異（圖3d），這說明轉基因過程對植株轉錄沒有影響。
圖3. mandipropamid在pyr1mandi基因型中選擇性地誘導aba類似的轉錄反應4. mandipropamid處理35s::pyr1mandi轉基因植株可以顯著提高其耐旱性
農業化學控制pyr1mandi基因型的蒸騰和耐旱性
圖4. mandipropamid控制pyr1mandi基因型的蒸騰和耐旱性植物激素aba乙個重要的功能就是可以誘導植物在水缺乏時關閉氣孔，減少水分的蒸發，這個過程也會伴隨著植物表面溫度的公升高。作者通過檢測葉片表面溫度變化來反映氣孔的開閉。與對照相比，mandipropamid處理35s::pyr1mandi轉基因植株葉片表面溫度顯著公升高，表明其氣孔已經關閉（圖4a,b）。接著作者分別用野生型與35s::pyr1mandi轉基因植株進行乾旱處理，35s::pyr1mandi轉基因植株耐旱性明顯提高。
植物的生長發育與耐逆性的提高就像天平的兩端，提高植物的耐逆性必然是以犧牲生長發育作為代價才能實現。作者在本篇文章中給我們介紹一種全新的既可以提高植物耐旱性，又不影響其生長發育的思路。通過改造植物激素aba受體pyr1，使其響應mandipropamid提高其耐旱性，又可以顯著降低生產應用的成本，可謂一舉兩得。
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