有机化学除草剂的发现和大规模地应用，是20世纪发生的农业绿色革命最重要的标志之一，极大地改变了农业劳动生产方式，促进了农业的现代化，为保障全球粮食生产安全作出了巨大贡献。迄今，全球已经发展出30余个大类、20多个作用靶标、约400～500个化学除草剂品种的杂草化学防除产品技术体系。其中草甘膦是最广泛使用的除草剂，每年全球>3.5亿公顷地需花费110亿美元，使用约86亿公斤的草甘膦。研究表明，草甘膦的除草效果取决于喷洒的时间，然而其作用机制未知。
Nature Communications在线发表了英国布里斯托大学Antony N. Dodd课题组题为Plant circadian rhythms regulate the effectiveness of a glyphosate-based herbicide的研究论文。该研究首次表明植物生物钟调节草甘膦的有效性，并提出农业上的时间治疗学概念。
众所周知，除草剂草甘膦抑制植物体内的烯醇丙酮基莽草素磷酸合成酶，从而抑制莽草素向苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸的转化，使蛋白质合成受到干扰，导致植物死亡（如下图）。草甘膦是通过茎叶吸收后传导到植物各部位的，可防除单子叶和双子叶、一年生和多年生、草本和灌木等40多科的植物。草甘膦入土后很快与铁、铝等金属离子结合而失去活性。
该研究首先通过转录组鉴定了草甘膦响应的转录本是受昼夜节律调控的。此外与对照处理相比，黎明时施用的草甘膦导致下胚轴长度减少最多，而下胚轴长度不受黄昏施用的草甘膦的影响。进一步发现昼夜节律振荡器是昼夜节律中草甘膦功效的每日节律的所必须，因此，在昼夜节律振荡器控制的草甘膦的最小有效剂量中也存在昼夜节律（如下图）。
另一方面，该研究发现生长素信号相关转录本对草甘膦具有节律性反应，而下胚轴长度对草甘膦敏感性的日常节律可能源于生长素信号传导上游过程的抑制，而这种抑制可能是下胚轴长度对草甘膦的节律敏感性的基础（见下图）。此外，该研究还发现细胞死亡的标志物对草甘膦具有节律性反应。
因此，该研究发现生物钟控制植物发育和细胞死亡对草甘膦的敏感性。该研究数据表明，植物对影响生物过程的化学物质的敏感性存在昼夜调节，其方式与哺乳动物中对药物的节律反应相当。故植物对农用化学品的反应的昼夜节律调节为通过农业时间疗法的这一新概念改进农业化学开发和利用提供了基础。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-11709-5
文章来源“iPlants”公众号
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