Nature重要成果：新型耐旱重编程植物

　　

生物通报道  农作物和其他的植物常常面临着如气温升高（2014年是有记录以来最热的一年）及淡水供应减少等一些不利的环境条件，它们降低了农作物的产量，每年给农民造成数十亿美元的损失。

干旱是影响植物生长和发育的一个主要环境胁迫因素（延伸阅读：**教授裴真明Nature发现植物“水调控器” ）。当植物遭遇干旱时，它们会自然地生成脱落酸（abscisic acid,ABA）。ABA是一种抑制植物生长及降低水消耗的应激激素。具体来说，就像手指放入到手套中一样，当ABA与植物中特异的蛋白（受体）结合时它会开启这一受体促成一些有利的变化，例如关闭叶片上的气孔以减少水消耗，从而帮助植物生存。

虽然给农作物喷洒ABA可以帮助它们在旱期生存，但ABA的生产成本高，在植物细胞中会快速失活以及具有光敏性，因此未能直接用于农业。有几个研究小组一直在致力于开发出合成ABA模拟物来调节耐旱性，然而即便找到它们也可预计这些模拟物将面临着漫长且高成本的研发过程。

农业化学药品双炔酰菌胺（Mandipropamid）已被广泛应用于农业生产中，控制水果和蔬菜作物晚疫病。那么是否能够操控遭受干旱威胁的作物像对ABA那样对双炔酰菌胺做出反应，由此提高它们在旱期的生存呢？

由加州大学河滨分校Sean Cutler领导的一个科学家小组给出了肯定的答案。他们的研究结果发布在2月4日的《自然》（Nature）杂志上。

研究人员针对拟南芥（在植物生物学实验室广泛应用的一种模式植物）和番茄植物展开了研究。在这一实验室中，他们利用一些合成生物学方法开发出了这些植物的脱落酸受体新版本，通过遗传工程改造使得它们能够被双炔酰菌胺而不是被ABA所激活。研究人员证实，当用双炔酰菌胺喷洒这些重编程植物时，植物通过开启脱落酸信号通路，由此关闭叶片上的气孔防止水分丧失，有效地在干旱条件下生存下来。

这一研究结果显示出了合成生物学方法在操控农作物方面所具有的能力，并为作物改良打开了新的大门，这有可能让不断增长的世界人口由此受益。

Cutler说：“通过遗传工程改造一种植物受体，我们成功地改变了一种农业化学药品适用于新的用途。我们预计，这一利用合成生物学来重编程植物反应的策略，也将使得其他的农业化学品能够用于控制别的有用性状，例如抗病性或生长速率。”

Cutler说，发现一种新的化学药品，然后完成评估并让其获准使用是一个极其复杂且费用高昂的过程，可能需要经历几年的时间。

“我们实际是利用合成生物学绕过了这一障碍——基本上，我们是采用了已在现实世界中发挥功用的东西，并重编程了植物使得这一化学药品能够控制水消耗。”

蛋白质工程是一种系统构建许多蛋白质变异体的方法；它还可以检测这些蛋白质变异体的新特性。Cutler和合作者们利用蛋白质工程构建出了一些改造植物受体，使得双炔酰菌胺可以匹配并能够有效地激活它们。将这些工程受体导入到拟南芥和番茄植物中，这些植物就会像对ABA那样对双炔酰菌胺做出反应，并且它们与不具有这些工程蛋白的植物只具有微小的差异。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Agrochemical control of plant water use using engineered abscisic acid receptors

Rising temperatures and lessening fresh water supplies are threatening agricultural productivity and have motivated efforts to improve plant water use and drought tolerance. During water deficit, plants produce elevated levels of abscisic acid (ABA), which improves water consumption and stress tolerance by controlling guard cell aperture and other protective responses1, 2. One attractive strategy for controlling water use is to develop compounds that activate ABA receptors, but agonists approved for use have yet to be developed. In principle, an engineered ABA receptor that can be activated by an existing agrochemical could achieve this goal. Here we describe a variant of the ABA receptor PYRABACTIN RESISTANCE 1 (PYR1) that possesses nanomolar sensitivity to the agrochemical mandipropamid and demonstrate its efficacy for controlling ABA responses and drought tolerance in transgenic plants. Furthermore, crystallographic studies provide a mechanistic basis for its activity and demonstrate the relative ease with which the PYR1 ligand-binding pocket can be altered to accommodate new ligands. Thus, we have successfully repurposed an agrochemical for a new application using receptor engineering. We anticipate that this strategy will be applied to other plant receptors and represents a new avenue for crop improvement.