气候变化、人口增长和受压力的植物：养活21世纪的世界

最近发表在《ELIFE》杂志上的牛津大学的一项新研究揭示了植物叶绿体及其内部蛋白质的新的光照。叶绿体蛋白的调节对于植物发育和逆境适应非常重要，并且随着包括我们的主要作物小麦、水稻、大麦在内的植物必须对我们不断变化的环境做出反应，叶绿体蛋白的调节变得越来越重要。

“随着地球变暖，了解植物抗逆性的分子基础将变得越来越迫切。这项研究揭示了植物用来控制叶绿体的系统中的另一层复杂性。”Paul Jarvis教授说

据估计，气候模式变化、干旱、洪水和极端温度造成的“压力”作物可能会减产70%，这将对我们养活世界的能力产生毁灭性影响。

我们越来越迫切地需要开发具有增强营养价值或抵御不利环境能力的改良作物品种，而这一发展的关键将是我们对植物耐逆性的分子基础的理解。

所有绿色植物都是通过光合作用将光能转化为化学能来生长的。光合作用发生在被称为叶绿体的植物细胞的特殊隔间内。叶绿体需要数千种不同的蛋白质才能发挥功能，这些蛋白质通过一种称为TOC复合体的特殊机制导入叶绿体。TOC复合体本身是由蛋白质构成的。

最近的研究表明，当植物遭遇环境胁迫时，TOC复合物会迅速被破坏。这通过限制光合作用保护植物细胞免受损害，而光合作用在不利条件下会产生有毒的副产品。这个过程被命名为CHLORAD，用于“叶绿体相关蛋白降解”

在氯拉德中，TOC复合物首先用一种称为泛素的小蛋白质标记。这种“泛素化”促进复合物的破坏，从而抑制叶绿体蛋白质的输入、光合作用和有毒副产物的产生。

在这项研究中，研究人员询问TOC复合物是否也是SUMO化的SUMO是另一个类似于泛素的小标记，如果是，TOC SUMO化的功能是什么。研究人员发现，TOC复合物确实是磺酰化的，TOC磺酰化也会引发TOC复合物的破坏，对植物的生长和发育很重要。这些结果很有趣，因为它们表明相扑的动作与氯拉德非常相似。

事实上，观察到的与氯拉德的相似性意味着苏甲酰化调节氯拉德途径的活性。这一点特别有趣，因为已知苏甲酰化是由各种形式的环境胁迫诱导的，是植物胁迫适应的关键驱动因素。

“几年前，泛素化和氯拉德的作用被发现时，这一点非常显著，相扑的这一新作用只是增加了这一阴谋。”保罗·贾维斯教授说

在这些发现的基础上，研究人员目前正在探索如何利用氯拉德途径来改善作物的生产性能。由于本文报道的新发现，更好地理解叶绿体蛋白质输入和/或氯代途径的调节将有助于指导这些工作。