單酶控制兩種植物激素

華盛頓大學(xué)圣路易斯分校的科學(xué)家們分離出一種同時(shí)控制兩種植物激素水平的酶，將生長(zhǎng)和防御的分子途徑聯(lián)系起來(lái)。與動(dòng)物類(lèi)似，植物進(jìn)化出稱(chēng)為激素的小分子，以控制關(guān)鍵事件，如生長(zhǎng)，繁殖和對(duì)感染的反應(yīng)?？茖W(xué)家們?cè)缇椭?，不同的植物激素可以以?fù)雜的方式相互作用，但他們?nèi)绾芜@樣做仍然是神秘的。

在11月14日出版的“美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊”上發(fā)表的一篇論文中，藝術(shù)與科學(xué)生物學(xué)教授約瑟夫·杰茲和霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所教授的研究小組報(bào)告說(shuō)，GH3.5可以控制酶兩種植物激素，生長(zhǎng)素和水楊酸的含量。它是已知的第一種控制完全不同類(lèi)別激素的酶。

生長(zhǎng)素控制植物的一系列反應(yīng)，包括細(xì)胞和組織的生長(zhǎng)和正常發(fā)育。另一方面，水楊酸有助于植物對(duì)感染做出反應(yīng)，感染通常會(huì)使資源遠(yuǎn)離生長(zhǎng)。植物必須嚴(yán)格控制生長(zhǎng)素和水楊酸的水平才能適當(dāng)生長(zhǎng)并應(yīng)對(duì)新的威脅。“植物通過(guò)制造，破壞，修改和運(yùn)輸它們來(lái)控制激素水平，”前研究生科里·韋斯特福爾說(shuō)，他帶領(lǐng)這個(gè)Jez實(shí)驗(yàn)室的工作與當(dāng)前的研究生Ashley Sherp一起工作。

通過(guò)將氨基酸縫合成激素，GH3.5使激素不再循環(huán)，減少它們?cè)谥参镏械淖饔谩?/p>

雖然科學(xué)家懷疑GH3.5控制了生長(zhǎng)素和水楊酸，但這種雙重作用尚未在植物中得到證實(shí)。“我們的問(wèn)題非常簡(jiǎn)單，”謝爾普說(shuō)。“這種酶能否實(shí)際控制多種激素?如果在試管中這是真的，那么植物會(huì)發(fā)生什么?”

為了找到答案，研究人員誘導(dǎo)植物積累大量蛋白質(zhì)，然后測(cè)量它們的激素水平。當(dāng)GH3.5以高水平表達(dá)時(shí)，生長(zhǎng)素和水楊酸的量都減少了。生長(zhǎng)促進(jìn)生長(zhǎng)素被剝奪，植物保持小而發(fā)育不良。

實(shí)驗(yàn)證明，GH3.5可以調(diào)節(jié)不同類(lèi)別的激素，但它是如何做到的?

用X射線(xiàn)搜索答案

為了更好地了解酶如何控制生長(zhǎng)素和水楊酸，科學(xué)家們將GH3.5結(jié)晶并將晶體送到法國(guó)格勒諾布爾的歐洲同步輻射裝置。

粒子加速器幫助研究人員將強(qiáng)大的X射線(xiàn)發(fā)射到蛋白質(zhì)晶體中，X射線(xiàn)的衍射提供了有關(guān)酶的原子 - 原子結(jié)構(gòu)的信息。Westfall將這些數(shù)據(jù)匯總到GH3.5的三維重建中，顯示它在修飾生長(zhǎng)素的過(guò)程中被凍結(jié)。

科學(xué)家們期望找到GH3.5和相關(guān)蛋白之間的關(guān)鍵差異，這些差異將解釋其改變多種激素的獨(dú)特能力。

令他們驚訝的是，結(jié)合和修飾激素的酶的部分看起來(lái)幾乎與只能修飾生長(zhǎng)素的相關(guān)酶相同。多功能GH3.5與其一次性親屬之間驚人的相似性表明，這些蛋白質(zhì)中未被識(shí)別的元素會(huì)影響它們可以結(jié)合和轉(zhuǎn)化的分子。

“這些驚人的結(jié)果意味著我們沒(méi)有看到這些酶的序列或結(jié)構(gòu)，”杰茲說(shuō)。

解開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)可以告訴我們更多關(guān)于酶如何區(qū)分相似分子，這是一種對(duì)所有生命都至關(guān)重要的歧視能力，包括人和植物。

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