摘要：所有生物，从单细胞微生物到复杂多细胞生物，都会经历应激。从应激中恢复的能力是决定生物整体韧性的基本特征，然而应激恢复的研究仍很不足。为探究植物如何从干旱中恢复，我们对中度干旱后再复水15分钟起的精细时间序列进行了RNA测序分析。我们发现，干旱恢复是一个快速过程

所有生物，从单细胞微生物到复杂多细胞生物，都会经历应激。从应激中恢复的能力是决定生物整体韧性的基本特征，然而应激恢复的研究仍很不足。为探究植物如何从干旱中恢复，我们对中度干旱后再复水15分钟起的精细时间序列进行了RNA测序分析。我们发现，干旱恢复是一个快速过程，涉及数千个恢复特异性基因的激活。为了捕捉拟南芥（Arabidopsis thaliana）叶片不同细胞类型中的快速恢复响应，我们在干旱恢复开始时进行了单核转录组分析，发现了一种在不同细胞类型中独立发展的细胞类型特异性转录状态。为进一步验证干旱恢复过程中观察到的细胞类型特异性转录变化，我们采用多重误差荧光原位杂交（MERFISH）进行空间转录组分析，揭示了恢复诱导的基因表达程序在拟南芥叶片组织中的解剖定位。此外，我们发现恢复诱导的免疫系统激活是自主发生的，并在拟南芥、野生番茄（Solanum pennellii）和栽培番茄（Solanum lycopersicum cv. M82）中增强了对病原体的抗性。由于再复水会促进微生物增殖从而增加感染风险，干旱恢复诱导的免疫激活可能对植物在自然环境中的生存至关重要。这些发现表明，干旱恢复伴随一种预防性防御响应，揭示了不同植物细胞类型中促进应激恢复的复杂调控机制。

干旱是影响植物生长和农业产量的主要非生物胁迫之一。以往研究多集中于植物在干旱胁迫下的响应机制，但对于干旱后恢复过程的理解仍很有限。传统的抗旱基因工程往往导致植物在正常条件下生长受损，限制了其应用。因此，研究者转向关注植物在干旱后的恢复能力，认为恢复能力是衡量植物整体抗旱性的关键指标。

通过高时间分辨率的RNA-seq分析，发现在再水化后6小时内，有超过3000个基因特异性表达，这些基因在干旱期间并不差异表达。

这些基因可分为早期恢复诱导、晚期恢复诱导和再复水下调三类。

生理指标快速恢复：

气孔导度在复水15分钟内就开始恢复，60分钟内完全恢复，而叶片相对含水量（RWC）的恢复较慢。

细胞类型特异的转录重编程：

使用单核RNA-seq（snRNA-seq）和空间转录组（MERFISH）技术，发现不同细胞类型（如表皮、叶肉、筛管等）在恢复过程中出现特定的“恢复细胞状态（RcS）”。

这些RcS亚群高表达与免疫、应激响应、代谢和细胞壁修饰相关的基因。

干旱恢复诱导免疫（Drought Recovery-Induced Immunity, DRII）：

在复水后15分钟内，免疫相关基因迅速上调，且该响应在无菌条件下依然存在，说明是植物内在的预防性免疫反应。

在拟南芥和番茄（野生和栽培种）中，短期干旱恢复后接种病原体（如Pst DC3000和Xanthomonas perforans），植株表现出更强的抗病性和更低的细菌载量。

CAMTA转录因子可能调控RcS状态：

CAMTA1在干旱早期被诱导，可能抑制RcS相关基因；再复水后其抑制被解除，允许这些基因迅速表达。

三、研究结论

本研究揭示了一种先前未被认识的植物响应机制：干旱恢复不仅是一个生理复原过程，还会触发一种细胞状态特异的、快速的预防性免疫激活（DRII）。这种免疫响应在再复水初期迅速启动，帮助植物在恢复期抵御可能因湿度增加而暴发的病原体侵袭。该机制在拟南芥和番茄中均保守存在，且不依赖ABA信号通路。研究强调，作物的抗旱育种不应只关注耐受性，还应重视其恢复能力， Targeting recovery-specific genes 可能为培育抗旱且快速恢复的作物提供新策略。

原文链接：

来源：老钱的科学大讲堂