一組研究人員開發(fā)出一種新化合物，即一種可快速抑制植物細(xì)胞分裂的三芳基甲烷。發(fā)現(xiàn)該化合物相對(duì)于動(dòng)物細(xì)胞選擇性地抑制植物細(xì)胞中的細(xì)胞分裂。由于植物和動(dòng)物生物學(xué)家以及名古屋大學(xué)ITbM的有機(jī)化學(xué)家之間的合作，該小組成功開發(fā)了一種新化合物，即可快速抑制植物細(xì)胞分裂的三芳基甲烷。發(fā)現(xiàn)該化合物相對(duì)于動(dòng)物細(xì)胞選擇性地抑制植物細(xì)胞中的細(xì)胞分裂。具有可逆的細(xì)胞抑制特性，這種三芳基甲烷可能是開發(fā)可控制植物生長(zhǎng)的新農(nóng)用化學(xué)品的潛在候選者。

名古屋大學(xué)轉(zhuǎn)化生物分子研究所(ITbM)的Masakazu Nambo博士及其同事在植物和細(xì)胞生理學(xué)雜志上報(bào)道了一系列三芳基甲烷化合物的開發(fā)，這些化合物在植物細(xì)胞看到它們對(duì)細(xì)胞分裂的影響。通過活細(xì)胞成像，他們能夠鑒定出一種新的三芳基甲烷化合物，可迅速抑制植物細(xì)胞中的細(xì)胞分裂。

他們還發(fā)現(xiàn)這種新化合物對(duì)動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞分裂沒有影響，并且在去除化合物后細(xì)胞分裂在植物細(xì)胞中重新開始。能夠控制植物細(xì)胞中的細(xì)胞分裂可以有效地控制植物生長(zhǎng)。因此，這種新的三芳基甲烷化合物對(duì)植物細(xì)胞的細(xì)胞分裂的選擇性和可逆性使其成為農(nóng)用化學(xué)品的良好候選物。

植物生長(zhǎng)通過細(xì)胞分裂增加細(xì)胞數(shù)量然后擴(kuò)增細(xì)胞而發(fā)生。因此，已經(jīng)認(rèn)為如果存在控制植物中細(xì)胞分裂的方法，這將導(dǎo)致控制一系列植物物種中的植物生長(zhǎng)。盡管過去已經(jīng)研究了各種能夠控制植物細(xì)胞分裂的化合物，但是盡管去除了這些化合物，但它們主要導(dǎo)致植物形狀的損害或細(xì)胞分裂的不可逆抑制。

“作為ITbM跨學(xué)科研究計(jì)劃的一部分，我們決定尋找能夠抑制植物細(xì)胞分裂而不會(huì)對(duì)其造成損害的新化合物，”植物生物學(xué)家，該研究的負(fù)責(zé)人Minako Ueda說(shuō)。“在混合實(shí)驗(yàn)室(由不同學(xué)科的研究人員組成的特殊實(shí)驗(yàn)室)在ITbM，我能夠與有機(jī)化學(xué)家Masakazu Nambo交談，他建議使用三芳基甲烷化合物抑制植物細(xì)胞中的細(xì)胞分裂，”她繼續(xù)說(shuō)。

“我們?cè)?013年12月報(bào)道了一種新的催化反應(yīng)，即使用鈀催化劑從現(xiàn)成的原料中快速合成三芳基甲烷，”有機(jī)化學(xué)家和本研究的另一位領(lǐng)導(dǎo)人Masakazu Nambo說(shuō)。“三聚甲烷之前并沒有真正用于植物，但是我們能夠通過活細(xì)胞成像來(lái)觀察它們對(duì)煙草植物細(xì)胞的影響。我們大約3年前開始進(jìn)行這項(xiàng)研究，但我們很幸運(yùn)能夠鑒定出一種三芳基甲烷化合物?？梢匝杆僖种浦参锛?xì)胞分裂，“他繼續(xù)說(shuō)道。

三芳基甲烷是衍生自甲烷(由與其連接的4個(gè)氫原子的碳組成的分子)的一組化合物，并且由具有3個(gè)芳基(芳環(huán))基團(tuán)和氫原子的碳原子中心組成。這種結(jié)構(gòu)可以在有機(jī)材料中找到，例如染料和熒光探針，以及天然產(chǎn)品。已知一些含有三芳基甲烷部分的化合物具有抗癌特性，并且已經(jīng)合成了許多新化合物來(lái)研究它們的生物活性。

“我們的鈀催化順序芳基化反應(yīng)非常適用于快速合成各種三芳基甲烷，用于測(cè)試它們對(duì)植物細(xì)胞分裂的影響，”Nambo說(shuō)。

“我們使用附有熒光探針的煙草植物細(xì)胞來(lái)觀察細(xì)胞分裂過程，”Ueda說(shuō)。“我們將三芳基甲烷化合物添加到培養(yǎng)的細(xì)胞中，并通過實(shí)時(shí)活細(xì)胞成像研究是否發(fā)生了細(xì)胞分裂。”

“通過篩選約200種化合物，我們發(fā)現(xiàn)了(3-呋喃基)二苯甲烷(chem7)，它是一種含有2個(gè)苯基和呋喃基的三芳基甲烷(含有4個(gè)碳原子和氧原子的5元芳環(huán))環(huán)組)對(duì)植物細(xì)胞分裂具有很強(qiáng)的抑制活性，“上田說(shuō)。當(dāng)呋喃基部分被其它芳族基團(tuán)取代時(shí)，或當(dāng)除去一個(gè)苯環(huán)時(shí)，未觀察到細(xì)胞分裂抑制活性，這表明含有苯和呋喃環(huán)的三芳基甲烷結(jié)構(gòu)對(duì)于它們的生物活性是必需的。

“雖然我對(duì)使用化學(xué)家直接合成的化合物沒有任何問題，但最初我很驚訝地收到的化合物不一定可溶于我在生物實(shí)驗(yàn)中使用的溶劑中，”Ueda說(shuō)。“測(cè)試新化合物令人興奮，我對(duì)合成化合物的速度感到驚訝。產(chǎn)生的化合物的速度比我們?cè)诩?xì)胞上測(cè)試它們的速度要快。”

該小組還測(cè)試了chem7是否可以抑制其他植物或其他發(fā)育組織中的細(xì)胞分裂。通過將chem7應(yīng)用于模式植物擬南芥(Arabidopsis thaliana)的幼苗和根，該組發(fā)現(xiàn)在兩種組織中均觀察到細(xì)胞分裂的快速抑制。

“我們看到chem7對(duì)細(xì)胞和組織的形狀幾乎沒有任何影響，因此，表明chem7可以阻止植物細(xì)胞中的細(xì)胞分裂，但不會(huì)對(duì)形狀造成任何嚴(yán)重?fù)p害，”Ueda說(shuō)。“在動(dòng)物生物學(xué)家的幫助下，我們發(fā)現(xiàn)chem7對(duì)芽殖酵母和人體細(xì)胞沒有影響，這表明chem7不會(huì)抑制動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞分裂。”

細(xì)胞分裂由幾個(gè)階段組成，包括細(xì)胞實(shí)際分裂的M期(M =有絲分裂)，復(fù)制DNA的S期和準(zhǔn)備分裂(S =合成)和其間的G1 / G2期(G =間隙)。重復(fù)這些階段(細(xì)胞周期)導(dǎo)致細(xì)胞分裂。為了弄清楚chem7實(shí)際上對(duì)哪個(gè)階段起作用，Ueda和她的團(tuán)隊(duì)使用了兩種不同顏色的熒光蛋白來(lái)觀察擬南芥根中細(xì)胞周期的過程。(綠色表示M相，紅色表示S和G2相。)

“由于擬南芥的根部含有不同階段的細(xì)胞，因此可以觀察到不同的階段，以綠色和紅色顯示，”Ueda解釋道。“在向根部添加chem7后，我們發(fā)現(xiàn)兩種顏色都存在，但含有熒光細(xì)胞的區(qū)域(具有高細(xì)胞分裂活性的組織)變小。”

這表明chem7不靶向特定的植物細(xì)胞期，但無(wú)論相何程度如何都表現(xiàn)出細(xì)胞抑制活性。該小組得出結(jié)論，chem7能夠在任何細(xì)胞期快速停止細(xì)胞活動(dòng)，不會(huì)對(duì)細(xì)胞和組織的形狀造成嚴(yán)重?fù)p害。

此外，當(dāng)chem7從根部洗去并用chem7處理的培養(yǎng)細(xì)胞時(shí)，再次觀察到細(xì)胞分裂，表明chem7的作用不是致命的。

“通過與化學(xué)家和生物學(xué)家的合作，我們很幸運(yùn)地發(fā)現(xiàn)了一種新的化合物，可以選擇性地抑制植物細(xì)胞的細(xì)胞分裂而不管細(xì)胞相，”Ueda和Nambo說(shuō)。“chem7可迅速阻止細(xì)胞分裂和植物生長(zhǎng)，而不會(huì)對(duì)細(xì)胞的形狀或功能造成嚴(yán)重?fù)p害。”

“很高興能夠聚集在一起，與來(lái)自不同研究領(lǐng)域的人們討論研究。我們正在進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以產(chǎn)生新的化合物，可快速，可逆地控制植物生長(zhǎng)，而不會(huì)對(duì)周圍環(huán)境中的人類和細(xì)菌造成傷害，它們可以作為農(nóng)用化學(xué)品，“他們說(shuō)。