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合成生长素揭示植物的重要性

霍华德休斯医学研究所(HHMI)研究员Keiko Torii及其同事通过开发植物激素生长素的合成版本以及识别它的工程化受体,准备揭开植物的内部运作。

这项新作品,描述于2018年1月22日的自然化学5分快3网址—大发快三必中工计划学杂志,是“一种了解植物生长和发育的变革工具,”华盛顿大学的植物5分快3网址—大发快三必中工计划学家Torii说。这种理解可能会产生巨大的农业影响,例如,提高了草莓和西红柿成熟的新方法的可能性。

对植物来说,激素生长素是王者。在许多其他工作中,生长素帮助向日葵跟踪阳光,根向下生长,果实成熟。这种广泛的工作,以及植物中的每个细胞都可以产生和检测生长素的事实,使得分解激素的各种作用变得棘手。“对于如此简单的分子如何能做到这么多不同的事情,这是一个巨大的谜团,”Torii说。

她和她的同事们开始研究植物对生长素反应的新方法,设计一种可以精确控制的实验室制造的激素。与日本的合成化学家合作,研究人员对生长素的结构添加了一点点 - 生长素通常不含的碳氢化合物环。然后研究人员调整了拟南芥植物的生长素受体,这是一种位于植物细胞外部并检测生长素的蛋白质。这一次,研究人员从受体中去除了一个庞大的氨基酸,创造了一个完美大小的洞来支撑实验室制造的生长素。Torii说,这个简单的开关,称为“凹凸”策略,“实际上非常优雅”。

接下来,研究人员测试了这种匹配组合 - 合成植物生长素和合成受体 - 是否可以完成与细胞天然生长素/受体对相同的工作。设计复杂的系统工作得很漂亮,根据实验表明。

通常,暴露于生长素的根停止生长,而是通过激活突破主根的干细胞而侧向生长。Torii将这个叫做侧根发育的过程与穿过肚子的外星人进行了比较。在检测到合成的生长素后,经过基因工程改造的拟南芥植物产生合成的生长素受体,表现得像正常一样 - 生长根分支的相同侧向小玩意。

更重要的是,没有合成植物生长素受体的根基本上对合成的生长素是“盲目的”,这证明了人工激素仅由人工受体检测到。Torii和她的同事称这种转换为合成生长素“化学劫持” - 一种控制良好的接管,现在可以让研究人员梳理植物中生长素的纠缠网络。

随着系统的运行,研究人员测试了植物5分快3网址—大发快三必中工计划学中一个长期存在的问题。科学家们知道发芽幼苗使用生长素快速生长。但是,允许这一过程发生的确切受体的身份尚未解决。

科学界心中有一个嫌疑人。Torii的团队生产了一种缺乏天然生长素受体TIR1的植物,而是拥有合成版本。当暴露于人工生长素时,这些幼苗开始快速生长,表现得与正常受体一样。结果表明种子伸长确实通过TIR1受体发生。

Torii说,这个系统可以解决其他基本科学问题,例如生长素在打开气孔中的作用,即让植物呼吸的结构。

有一天,合成生长素甚至可能在农业中占有一席之地。目前,生长素喷洒在水果上以加速成熟。但是在高浓度下,这种激素可以起到植物杀灭除草剂的作用。Torii表示,工程化携带合成受体的水果可以用合成的生长素激素成熟,不需要不加选择地喷洒生长素。但是,她警告说,在合成激素系统可用于种植食物之前,还需要做更多的测试。

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