健康教育网UMBC的生物科学教授华露和同事发现了植物的昼夜节律（本质上是内部时钟）与其抵御疾病和害虫的能力之间的新的遗传联系。这项发现进行了10年，并于本周在《自然通讯》上发表。结果最终可能导致植物对引起疾病的病原体具有更强的抵抗力，并能更好地治疗人类疾病。
卢说，“这很酷，因为在动植物中，人们都开始研究生物钟与免疫系统之间的串扰。”
时间就是一切
为了应对细菌，真菌和其他害虫的日常攻击，植物已经进化出多种策略来保护自己。植物可能会关闭其气孔（叶子上蜡状涂层的小开口），以防止某些细菌进入。它们可能产生水杨酸和茉莉酸等化学物质，以排斥细菌和昆虫。它们还产生大量蛋白质，这些蛋白质对于成功防御至关重要。
诸如关闭气孔，产生水杨酸之类的动作每天都在发生，通常在某些病原体和害虫最可能活跃的时候达到顶峰。植物防御的节奏性表明植物正在协调其内部时钟与防御系统，以提高防御行动的有效性。
在这项研究中，Lu和同事首次发现了LUX（植物昼夜节律中的一个核心基因）对于调节一天中特定时间的气孔的打开和关闭以及激活水杨酸介导的防御至关重要。和茉莉酸。
在典型的植物中，气孔白天开放，以交换光合作用所需的气体。然后它们在晚上关闭，以防止水分流失。气孔也可以对白天的病原体攻击做出反应。他们对夜间的攻击反应微乎其微，因为它们已经关闭。
但是，在具有LUX基因无功能版本的植物中，Lu发现气孔白天和晚上都是开放的。在白天的袭击中，气孔的开放度比正常植物大。但是，在夜间袭击中，某些气孔会关闭。这意味着缺乏功能性LUX基因的植物对气孔何时打开的控制较少，从而允许更多的机会病原体进入。这种区别表明LUX对于气孔驱动的防御反应的时机至关重要，将防御力与昼夜节律联系在一起。以一种新的方式。
卢的研究还深入探讨了LUX基因与国防化学品水杨酸和茉莉酸之间的关系。虽然已知生物钟可以调节防御反应，但本文显示相反的情况也是如此：“适当调整的生物钟对于激活防御至关重要。激活防御后，它便可以反馈以调节生物钟。”
研究小组特别表明，正常茉莉酸信号传导需要LUX的存在。反过来，茉莉酸也会影响LUX和昼夜节律的表达。昼夜节律和防御信号之间的这种相互调节有助于植物平衡其能量消耗，以实现正常的生长发育和防御反应。
从农场到制药
陆有兴趣进行进一步的研究，以弄清楚时间安排如何影响植物防御系统。昼夜节律时钟如何影响防御反应的多个方面？来自病原体和害虫的哪些分子会干扰植物的生物钟，从而限制其自我保护的能力？更好地了解时钟基因如何控制植物防御以及病原体如何与植物防御系统相互作用可以使农业及其他领域受益。
“致病菌无时无刻不在。通常，最活跃的病原体形式在一天中会发生变化。此外，植物在一天中的不同时间可能具有不同的防御策略。”“那么，什么时候才是施用农药的最佳时间？这可能取决于病原体，其感染方式以及农作物的行为。我认为，需要进行现场测试，以找出最佳的时间使用化学药品，以在预防感染或感染扩散方面发挥最大功效。”
总体上减少农药使用量将减少化学物质流入水道并降低农民的成本。减少使用抗生素可以帮助阻止抗生素耐药性，这也将使人类受益。
另外，植物并不是唯一的免疫系统活动在一整天波动的植物。动物系统每天都有周期。因此，“类似的想法可以应用于医疗领域，” Lu说。
动植物在分子水平上与病原体和害虫相互作用的方式之间有相似之处。也许将来，您的处方将附有具体的时间说明，或者根据您的免疫系统活动安排手术时间。
科学在行动
陆说，她的所有研究，尤其是这份由多部分组成的论文，都是由她的实验室成员推动的。她说：“与这么多敬业的人一起工作真是太好了。”“没有他们，我做不到。”
其中包括现任美国农业部（USDA）博士后研究员张冲（Chong Zhang），以及新论文的共同第一作者现任博士后高Gao（Min Gao）。五名本科生和一名高中生也为这个长期项目做出了贡献。一些实验需要在24小时内每四个小时进行一次测试，这意味着某人正在进行实验时正在实验室的沙发上睡觉。
总体而言，Lu的团队成员受到其工作可以为社会做出贡献的潜在利益的驱动。他们为提高农作物产量来满足不断增长的人口，减少污染或通过改善时机和剂量而减少人类医疗副作用的前景感到兴奋。
卢说：“这个领域令我感兴趣，因为我可以看到我的工作有一些实际应用，而且我认为这很重要。”“这应该是每个科学家的目标-在现实生活中使用您的知识。”
