当温度下降时，植物不能捆绑起来。外面暴露的植物反而经历了一系列生化改变，保护细胞免受损害。科学家已经描述了这些变化，并确定了一些控制它们的基因，但目前尚不清楚所有过程如何协同工作。由于缺乏这种全球观点，植物育种者一直在努力设计耐寒作物。
伊利诺伊大学和土耳其盖布泽技术大学最近的一项研究提供了一种新的思考植物冷胁迫的方法，这种方法超越了一次检测单一基因，蛋白质或生化途径的传统方法。相反，它同时检查冷应激反应中涉及的基因，代谢物，途径和反应的整个集合。
“育种者成功修饰单个基因并获得更大的耐寒性的可能性很小。我们需要了解整个系统：不仅是感兴趣的基因，还有影响特定途径的所有相关基因以及植物中涉及的其他生物活动。压力反应，“Gustavo Caetano-Anollés说，他是我的作物科学系教授，也是生物工程和生物技术前沿研究的作者。“我们的研究确定了与重要性状相关的重要代谢物，并且是代谢分析技术的一个进步。”
下一代基因测序使得有可能生成在生物体内给定时刻表达的所有基因和蛋白质的列表 - 构成数百万个数据点 - 但仍然无法理解它们的全部或者它们是如何形成的。正在互动。
研究小组开始研究从拟南芥(Arabidopsis thaliana)收集的数据点，拟南芥是一种通常用于了解遗传和生理过程的小植物，在冷应激反应期间的四个时间点。通过使用注释基因和基因产物的数据库，该团队能够建立基因，代谢物和途径网络，识别植物冷应激反应中涉及的所有过程。
“我们的分析揭示了许多途径中的应激相关代谢物，我们不一定认为它们会对冷应激产生反应，包括氨基酸，碳水化合物，脂质，激素，能量，光合作用和信号通路。这表明它是多么重要的观察系统层面的压力响应，“Caetano-Anollés说。“我们发现冷应激首先引发能量爆发，然后将碳转化为氨基酸和脂质代谢。”
Gebze技术大学的研究员兼该研究的共同作者IbrahimKoç补充说：“特别是，乙醇是一种参与细胞能量管理的重要代谢物。”
该发现表明植物育种者和生物工程师可能有前进的道路，但需要更多的研究来确定所涉及的途径是否可以同时修改。具体而言，该方法将允许科学家使用系统生物学工具来研究填充重要途径的代谢反应，并共同设计酶以改善植物对环境损害的反应。
重要的是，该研究提供了一种观察几乎任何生物体中代谢过程的方法。Caetano-Anollés建议该方法可用于研究杂草中的除草剂抗性或哺乳动物的抗生素抗性。
“使用复杂网络系统地将基因活动与相关生物功能联系起来的策略现在为基因工程和合成生物学开辟了非凡的机会，”Caetano-Anollés总结道。
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