剑桥大学塞恩斯伯里实验室 (SLCU) 的科学家发现了一种新的分子信号传导途径，当叶子暴露在低湿度时会触发该传导途径，确保植物根部不断向水生长。

在干燥的土壤条件下，植物会通过产生干旱应激激素脱落酸(ABA)来尝试保存水分。几十年来，植物科学家认为，为了应对干燥的土壤，ABA 是在根部产生的，然后输送到叶子。在这条从根到芽的信号通路中，ABA 会关闭称为气孔的微小叶片孔，以防止叶片水分流失。近年来，科学家们表明，其他从根到芽的信号也告诉叶子自己制造 ABA 以保存水分。

一项新的研究发现，当植物的叶子暴露在干燥空气(低湿度)中时，它们会向植物的根部发出相反方向的信号(同样使用 ABA)，告诉它们继续生长。这是一个令人惊讶的发现，因为 ABA 通常被认为是生长抑制剂，而不是生长促进剂。

这种从芽到根的信号通路可能有助于植物在土壤深处寻找水分，从而提高其生存机会。

由于根部的干旱反应已有详细记录，而对芽到根信号传导的研究还很少，亚历山大·琼斯博士的研究团队希望更多地了解干燥空气条件下叶子地上发生的情况。他们发现的低湿度从芽到根的信号可以作为植物为未来缺水做好准备的早期预警。

琼斯团队设计和重新设计了下一代生物传感器 ABACUS2，使这一 成果发表在《自然植物》上。

工程生物传感器以高分辨率检测活植物中的植物激素

亚历山大·琼斯的研究小组正在开发体内生物传感器，以前所未有的分辨率揭示植物中的激素动态，从而开辟新的研究方向。他们通过修改植物基因组来表达一种特殊的生物传感器蛋白来创造生物传感植物，当生物传感器与特定的激素结合时，科学家们可以看到并测量特定的激素。

合著者 Mathieu Grange-Guermente 使用啤酒酵母(酿酒酵母)作为纳米工厂完成了大部分生物传感器工程工作，以制造原始脱落酸浓度和摄取传感器 1 (ABACUS1) 的改进变体。由此产生的下一代 ABACUS2 生物传感器是一种基于 FRET 的生物传感器，能够在体外检测动态 ABA 水平，而且还能检测植物细胞、组织和整个幼苗中的 ABA 水平。这项技术进步使得活体植物单个细胞中的低 ABA 浓度得以量化，包括能够精确跟踪环境压力如何增加 ABA 水平。

“我们几年前就知道，在低湿度下，植物会优先考虑根系生长。在许多物种中，当湿度降低时，即使光合作用和芽生长减少，根系生长仍会维持甚至增加，”詹姆斯博士说。罗，该研究的第一作者。

“这种现象背后的分子机制一直是个谜，直到 ABACUS2 允许我们在拟南芥幼苗的细胞水平上测量 ABA 浓度。我们发现，当叶子经历低湿度胁迫时，ABA 会积聚在根尖。叶子正在做出反应。干燥的空气并告诉根部继续生长，使植物能够继续在更深的土壤中寻找水分。”

也许更令人惊讶的是，ABA 历来被认为是一种生长抑制剂。Rowe 说：“就连一些植物科学家也惊讶地发现 ABA 可以促进根部生长，但它实际上非常重要，这样植物可以在缺水期间继续在地下寻找水。”

ABA 浓度水平是关键——适量的 ABA 可以维持根部生长，但 ABA 过多，根部就会停止生长。

Alexander Jones 博士表示，这种对 ABA 浓度的敏感性意味着植物不会过度反应：“根 ABA 来自韧皮部，韧皮部从芽中运输糖和激素，并在根尖卸载。ABA 信号传导可以微调根系生长随着湿度的变化，”琼斯说。“叶子的低湿度调节根部的 ABA 积累，反之亦然，根部的低土壤湿度调节叶子的 ABA。这表明根和芽可以各自系统地调节彼此对胁迫的反应，而这些反应可能只是当地经验丰富，从而提供了一个强大的系统来克服缺水压力。”

“这是有用的基本信息，有助于了解在灌溉条件下生长的作物发生的生理变化，那里的空气可能干燥，但根系生长在潮湿的土壤中——随着气候变化，这种情况越来越普遍。”

罗假设可能有两种信号在起作用，未来的研究将着眼于确定在干旱和低湿度胁迫下叶子和根之间发生的信号传导。

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