PNAS | 当植物受到"伤害"时，体内会发生什么？

2024年6月5日，《美国国家科学院院刊（Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS）》在线发表了中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）邬倩团队题为“Companion cell mediates wound-stimulated leaf-to-leaf electrical signaling”的研究论文。该研究首次揭示了植物维管组织韧皮部的伴胞对电信号传递的关键作用，打破了已有的对电信号如何在植物叶片细胞中传递的认知。

自然界中，植物无时无刻不面临着各种非生物和生物胁迫所引起的机械损伤，比如飓风、暴雨等极端气候因素，噬咬类草食性昆虫和动物的侵袭。 机械损伤会诱发植物产生多种系统性信号分子，电信号是其中最重要的一种。伤害刺激产生的电信号能够以每分钟数厘米的速度在叶片-叶片间快速传递，并在未受损组织进一步激活一系列茉莉酸（jasmonic acid, JA） 等植物激素介导的系统性防御反应(Farmer et al., 2020)来保护自身，这一过程依赖于谷氨酸受体（glutamate receptor-like，GLRs）蛋白家族的功能。在拟南芥GLR3.3和GLR3.6 功能缺失的双突变体中，由叶片伤害引发的电信号传递在远端未受伤害的叶片中完全消失（Mousavi et al., 2013; Nguyen et al., 2018）。邬倩团队于2022年报道了GLRs如何发挥作用的分子机理（Wu et al., New Phytologist, 2022），近期又进一步解析了电信号传递的细胞生物学机制。

该研究利用细胞生物学、遗传学和电生理等多种手段，解析了细胞特异性的电信号传递机制，并对GLRs如何在细胞和亚细胞层面上调控上述信号传递展开了深入剖析。研究发现，不同于已有认知，GLR3.3在空间上受到精密调控，其产生部位和作用部位具有空间差异，并提出了GLR3.3在伴胞中的异位累积对于其行使功能的重要性。该研究也首次发现了调控电信号传递的另一个重要基因GLR3.6在韧皮部伴胞中的重要功能，这与此前认为的GLR3.6仅在木质部行使功能的观点完全不同。总之，该研究首次揭示了维管束韧皮部的伴胞在介导损伤引起的长距离电信号传递中的重要作用，为电信号传递机理带来全新认知。

图1| GLR3.3来源于维管束韧皮部伴胞

基因组所（省实验室深圳分中心）邬倩副研究员为本论文第一和唯一通讯作者。基因组所与河南大学联合培养硕士生李洋洋、南京农业大学博士生陈梦娇和基因组所科研助理孔箫航参与了上述研究。该工作获得了国家自然科学基金的支持。

邬倩课题组介绍

邬倩团队长期围绕植物逆境应答展开研究。研究方向主要聚焦：1.植物逆境应答及其调控机制；2.基于电信号和机器学习的作物逆境应答的诊断、建模和预测。课题组具体介绍见：https://www.agis.org.cn/kydw/kydwyjzx/hcswxyjzx/d49ed2c037ae4862af13df4507a3a67c.htm

现因工作需要，团队拟招聘1-2名博士后，研究方向可选择（1）植物电信号调控逆境应答机理解析；（2）长距离信号调控黄瓜营养吸收利用的机制。团队在上述两个方向都有非常有意思的发现和不错的前期工作累积，真诚欢迎感兴趣的研究人员来信咨询，欢迎加入！联系方式：wuqian01@caas.cn

1. Qian Wu#, Yangyang Li, Mengjiao Chen, Xiaohang Kong. (2024). Companion cell mediates wound-stimulated leaf-to-leaf electrical signaling. PNAS. 121 (24): e2400639121. (#通讯作者)

2. Wu, Q#., Stolz, S., Kumari, A., and Farmer, E.E#. (2022). The carboxy-terminal tail of GLR3.3 is essential for wound-response electrical signaling. New Phytol. 236: 2189–2201. (#共同通讯作者)

3. Farmer, E.E., Gao, Y.Q., Lenzoni, G., Wolfender, J.L., and Wu, Q. (2020). Wound- and mechano-stimulated electrical signals control hormone responses. New Phytol. 227: 1037-1050.

4. Mousavi, S.A., Chauvin, A., Pascaud, F., Kellenberger, S., and Farmer, E.E. GLUTAMATE RECEPTOR-LIKE genes mediate leaf-to-leaf wound signalling. Nature. 2013. 500(7463): 422-426.

5. Nguyen, C.T., Kurenda, A., Stolz, S., Chetelat, A., and Farmer, E.E. Identification of cell populations necessary for leaf-to-leaf electrical signaling in a wounded plant. PNAS. 2018. 115(40): 10178-10183.