谢菲尔德大学的科学家发现了植物如何对压力产生长期免疫力的机制。

植物所经历的生物胁迫可以采取食草昆虫或致病病原体攻击的形式。在为粮食生产而种植的作物中，这种压力给作物产量带来了巨大风险，目前通过广泛使用杀虫剂来管理，杀虫剂对环境有害，并可能对人类健康构成风险。

由于迫切需要找到更好、更可持续的植物保护方法，谢菲尔德大学可持续食品研究所的JurriaanTon教授及其团队研究了植物如何获得对这些压力源的持久免疫力。

该发现发表在《自然植物》杂志上，解释了植物如何“记住”先前攻击的压力的机制，并且这种长期记忆被编码在一个“垃圾DNA”家族中，该家族可以启动防御基因数周以抵御进一步的攻击。

谢菲尔德大学生物科学学院植物环境信号学教授、该研究的资深作者Ton博士表示，这些发现为控制植物免疫力以实现可持续作物保护提供了新的机会，并减少了我们对食品生产中有害农药的依赖。

他说，“我们依靠植物来养活地球，但它们本质上处于食物链的底部，无法移动，因此它们非常容易受到各方的攻击，包括食草昆虫和致病病原体。就像然而，动物、植物已经进化出在从生物胁迫中恢复后获得免疫力的能力，但它们使用不同的机制来做到这一点。”

“这项研究的结果不仅是我们对植物如何‘记住’先前攻击的压力的理解的巨大飞跃，而且还揭示了特定‘垃圾DNA’家族(转座子;做不是植物蛋白编码)。这些知识可以帮助我们制定新的育种策略，并选择能够抵御病虫害的粮食生产作物品种。”

该研究调查了植物应激激素茉莉酸对拟南芥(Arabidopsisthaliana)的长期影响，拟南芥通常被称为拟南芥，是卷心菜和芥菜的近亲。暴露于毛虫的幼苗与对照组相比，茉莉酸处理组受到的损害程度较低。

尽管茉莉酸对植物防御的短期影响有据可查，但长期影响却没有，研究小组发现，茉莉酸处理应激的免疫记忆可以持续数周，并传播到新长出的叶子对毛毛虫具有持久的抵抗力。

结果表明，这种获得性免疫受表观遗传机制控制，涉及由转座子AtREP2家族产生的小RNA分子，这些分子与小RNA结合蛋白AGO1相连。载有RNA的AGO1蛋白随后启动远距离防御基因，以便对随后的压力做出更快、更强的反应。

该研究提供了第一个植物持久免疫记忆模型，并展示了对特定垃圾DNA家族的表观遗传修饰如何使植物免受害虫的进一步损害。

生物科学学院副研究员、该论文的第一作者SamuelWilkinson博士说：“鉴于全球粮食安全是我们未来将面临的最大挑战之一，我们必须找到新的方法来确保我们赖以生存的农作物的健康和生长。”

“这项研究是能够补充和提高传统作物育种策略的有效性和持久性的第一步，通过选择具有增强免疫准备的植物作为依赖有害杀虫剂的替代品。”

研究人员现在正在与一家国际作物育种公司合作，探索他们是否可以利用其他相关的表观遗传机制，例如致病病原体的压力因素，并将它们结合到一种新的作物保护策略中，以应对更复杂的植物基因组。

Samuel补充说：“这项研究为我们开辟了道路，让我们可以开发一种更精确和可调整的方法，在植物基因组中引入有益的表观遗传变异。这不仅对作物保护和育种具有价值，而且是一种有价值的研究工具，探索表观遗传改变的DNA可以在植物世代内和跨世代启动防御基因的复杂机制。”