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像动物一样，植物也容易受到细菌、病毒和真菌的感染。虽然动物拥有多种免疫细胞，在某些情况下还拥有相互连接的免疫系统，但植物必须依靠其他方法来对抗感染。霍华德·休斯医学研究所最近的一份新闻公告列出了一系列令人兴奋的植物防御病原体攻击的方法。我有幸与董欣年教授谈论了她关于病原体防御与生物节律之间相互作用的研究工作。
在探索植物拟南芥对霜霉病病原体的反应时，董博士的研究人员发现了 22 个基因，当这些基因突变成无功能形式时，会严重损害植物的抵抗力。通过更仔细地观察这些基因，他们确定这些基因可以由生物节律调节器 CCA-1 控制。
生物节律是一个时间周期，它在一天中的不同时间开启不同的植物过程。对于植物来说，有许多过程只在特定时间发生；花瓣开放、叶片移动和光合作用发生。病原体反应似乎也作为生物节律的一部分受到控制。通过观察基因在一天中表达的变化，研究人员发现病原体反应基因在黎明时显示出最高的表达水平。即使没有病原体存在，也会出现这种表达模式。
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为了理解为什么需要这种控制，研究人员更详细地研究了病原体。霜霉病病原体（Hyaloperonospora arabidopsidis）只能在拟南芥植物上生存。病原体在夜间生长孢子，这些孢子随着潮湿的露珠出现在叶子上。当露水在阳光下干燥时，孢子就会释放出来。通过建立一个在清晨开启的防御系统，植物正在预测霜霉病孢子的攻击。
为了验证这个假设，研究人员尝试在黎明和黄昏时给植物接种病原体。早上感染的植物比晚上感染的植物抵抗力更强。通过预测病原体最有可能攻击的时间，植物能够提前增强自身的防御能力。
在研究了生物节律如何控制植物防御之后，董教授现在对攻击性病原体如何影响生物钟感兴趣。在动物中，感染会使内部时间表偏离轨道，看看病原体对植物的内部时钟有什么影响会很有趣。
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参考文献：Wang W, Barnaby JY, Tada Y, Li H, Tör M, Caldelari D, Lee DU, Fu XD, Dong X. Timing of plant immune responses by a central circadian regulator. Nature. 2011 Feb 3;470(7332):110-4. doi: 10.1038/nature09766.
非常感谢董教授讨论她的工作。
来自霍华德·休斯医学研究所的原始报道