大家都知道，一個爛蘋果爛在一個桶里，另一個蘋果爛在一個紙袋里。水果成熟或腐爛的方式已經(jīng)為人所知幾千年了，圣經(jīng)可以證明這一點，但是現(xiàn)在隱藏在這些自然現(xiàn)象背后的基因已經(jīng)被揭示了。

在在線期刊eLIFE上，由索爾克生物研究所(Salk Institute for Biological Studies)研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個大型國際科學(xué)家小組追蹤了一種植物的數(shù)千個基因，這些基因在乙烯(一種充當(dāng)植物生長激素的氣體)釋放后就會被激活。

研究人員說，這項研究是首次對乙烯的生物觸發(fā)器進(jìn)行如此全面的基因組分析，可能會帶來強大的實際應(yīng)用。乙烯不僅有助于果實成熟，它還調(diào)節(jié)生長，幫助植物抵御病原體，以及其他各種功能。

梳理這些離散函數(shù)的特定基因,執(zhí)行每個從發(fā)現(xiàn)許多基因被激活乙烯可能讓科學(xué)家產(chǎn)生植物品種,在需要的時候放慢經(jīng)濟增長速度,加速或防止成熟,延緩腐爛或增強植物抗疾病,高級調(diào)查員說,約瑟夫·r·艾克爾索爾克的植物分子和細(xì)胞生物學(xué)實驗室。

“現(xiàn)在我們知道乙烯最終激活的基因，我們將能夠識別這些分支通路中涉及的關(guān)鍵基因和蛋白質(zhì)，這可能有助于我們操縱這種激素調(diào)節(jié)的離散功能，”Ecker說。

據(jù)所有人說，破譯乙烯激活的遺傳途徑需要巨大的努力——其中包括4個機構(gòu)和19名研究人員，其中許多人通常從事人類生物學(xué)研究。例如，Ecker邀請了卡內(nèi)基梅隆大學(xué)計算機科學(xué)家Ziv - joseph、多倫多大學(xué)轉(zhuǎn)錄專家Timothy Hughes以及加州大學(xué)圣地亞哥分校計算生物學(xué)家Trey Ideker和基因組學(xué)家Bing Ren的專家。

這項研究對?？藸杹碚f也是一個里程碑，他將自己的職業(yè)生涯奉獻(xiàn)給了理解植物性乙烯所產(chǎn)生的能量。

“幾十年來，我一直試圖理解一種簡單的氣體——兩個碳和四個氫——是如何對植物產(chǎn)生如此深遠(yuǎn)的影響的，”Ecker說。“現(xiàn)在我們可以看到，通過改變一種蛋白質(zhì)的表達(dá)，乙烯會產(chǎn)生連鎖的基因激活波，從而深刻地改變植物的生物學(xué)特性。”

他補充說，盡管他們研究的植物是擬南芥，與卷心菜和芥菜有關(guān)，乙烯在所有植物中都是一種關(guān)鍵的激素。

研究人員觀察了在乙烯氣體導(dǎo)致EIN3(一種控制基因表達(dá)的主轉(zhuǎn)錄因子)活化后擬南芥中發(fā)生的情況。EIN3是Ecker在1997年發(fā)現(xiàn)并克隆的。對乙烯氣體的反應(yīng)需要EIN3和相關(guān)蛋白EIL1;沒有這些蛋白質(zhì)，乙烯對植物沒有影響。

“我們想知道乙烯實際上是如何工作的，”Ecker說。“一旦植物通過激活EIN3對乙烯產(chǎn)生反應(yīng)，會發(fā)生什么?”什么基因被激活了?這些基因在做什么?”

研究人員使用一種名為ChIP-Seq的技術(shù)，將擬南芥暴露在乙烯中，并識別出與EIN3結(jié)合的所有植物基因組區(qū)域，這需要使用下一代測序技術(shù)。然后，他們使用全基因組mRNA測序來識別那些由于與EIN3相互作用而實際表達(dá)發(fā)生變化的靶向基因。“并非所有被EIN3靶向的基因的基因表達(dá)都發(fā)生了變化，”Ecker說。

他們發(fā)現(xiàn)植物中的數(shù)千個基因?qū)IN3有反應(yīng)。然后研究人員發(fā)現(xiàn)了兩件有趣的事情。首先，當(dāng)EIN3被乙烯激活時，它會回到最初用來激活EIN3轉(zhuǎn)錄因子的通路中控制基因。艾克說:“這告訴我們，一家生產(chǎn)像EIN3這樣關(guān)鍵主調(diào)節(jié)器的工廠，希望將生產(chǎn)途徑保持在非常嚴(yán)格的控制之下。”“我們沒有預(yù)料到這一點，現(xiàn)在這給了我們一個了解其他植物激素基因控制的策略。”

第二個發(fā)現(xiàn)是EIN3針對植物中所有其他激素信號通路。Ecker提供了一個類比來理解其中的原因:“假設(shè)你在一個錄音棚里，你面前有一張桌子，上面有所有這些開關(guān)。如果你開始按一個聲音效果的刻度盤，你可能會按下另一個聲音的刻度盤。

他說:“如果乙烯告訴植物停止生長，它就必須控制其他激素，這些激素會告訴植物停止生長。”“我們發(fā)現(xiàn)，大約一半的EIN3蛋白的基因組靶點存在于其他激素信號通路中。”

埃克爾說，EIN3對這些激素的控制非常復(fù)雜，在24小時內(nèi)完成，在此期間發(fā)生了四次級聯(lián)轉(zhuǎn)錄調(diào)控。

除了深入了解乙烯在基因上如何控制植物體內(nèi)的各種功能外，他還補充說，這項研究的發(fā)現(xiàn)為破譯其他植物激素的工作方式提供了一個模板——這些激素都沒有乙烯研究得那么透徹。

“學(xué)習(xí)如何協(xié)調(diào)植物激素反應(yīng)是至關(guān)重要的增長和發(fā)展的了解他們的監(jiān)管,是種子萌發(fā),水果成熟,或應(yīng)對干旱,昆蟲,或病原體,”凱瑟琳說,論文的第一作者和研究人員在?？说膶嶒炇?。”這樣,映射之間的互聯(lián)激素通路可能影響農(nóng)業(yè)。”