為生根植物提供更好的染色工作

一旦我們開始著色我們的頭發(fā)，我們可能會驚訝地發(fā)現(xiàn)我們開始與植物生物學(xué)家有一個共同的問題：為我們的根尋找合適的染料。就生物學(xué)家而言，只需要正確的化學(xué)品來測量植物根系的生長方式?，F(xiàn)在，Salk研究所的一位研究人員發(fā)現(xiàn)了一種熒光染料，與其他成像技術(shù)配合使用，可以發(fā)現(xiàn)根系植物激素對根系生長的影響比以前認為的要多。

這項工作于2017年5月29日那一周出現(xiàn)在美國國家科學(xué)院院刊上，可用于許多類型的植物研究，以及更充分地了解有助于生長的激素生長素和許多其他關(guān)鍵的工廠流程。例如，對生長素的見解可以為生長速度更快的作物提供信息，或者有助于減輕氣候變化對干旱或早花的影響。

“130多年前，查爾斯達爾文推測植物中可能存在促進生長的物質(zhì)，”Salk植物分子和細胞生物學(xué)實驗室成員，新論文的高級作者Wolfgang Busch副教授說。“今天我們知道這種物質(zhì)是激素生長素，現(xiàn)代科學(xué)工具最終使我們能夠深入探討其作為植物結(jié)構(gòu)和生長的主要驅(qū)動力的作用。”

關(guān)于植物的長期謎團之一就是它們?nèi)绾紊L，因為剛性的外部細胞壁給予它們結(jié)構(gòu)支撐也會限制細胞從擴大。一個有效的解釋叫做酸生長假說，即生長素告訴植物細胞將酸泵入細胞和周圍細胞壁之間的空間，以觸發(fā)細胞壁松動酶。正如大餐后放松腰帶一樣，我們的腹部空間也會膨脹，松開細胞壁會讓植物細胞生長。酸化理論已被證明對植物枝條相當(dāng)準確，但更難以證明根。一些研究發(fā)現(xiàn)，生長素實際上刺激了根中的堿化(與酸化相反)。理解這一點的一個復(fù)雜因素是pH很難在根部測量。

Salk領(lǐng)導(dǎo)的團隊，包括來自維也納的Gregor Mendel分子植物生物學(xué)研究所(Busch以前的研究所)的研究人員，開始探索根系如何生長的問題。他們知道他們首先必須克服如何測量pH值以確定酸度的問題。因此他們測試了許多他們認為可能是良好的pH敏感染料的化學(xué)品，并發(fā)現(xiàn)熒光化學(xué)品(縮寫為HPTS)符合要求。該團隊的測試證實，染料可以通過稱為共聚焦激光掃描顯微鏡的儀器可靠地顯示不同的pH值。

他們接下來著手確定pH實際上與細胞生長有關(guān)。他們在將植物幼苗浸入生長培養(yǎng)基中并檢查其pH之前和之后測量雜草擬南芥(甘藍的親緣)的根中的細胞長度。在細胞開始生長之前，pH是堿性的，在生長期間pH是酸性的，并且在生長期結(jié)束時，pH恢復(fù)到其生長前的堿度。研究小組發(fā)現(xiàn)，他們還可以通過將根浸入酸性或堿性液體中來觸發(fā)或停止生長。總之，這些實驗證實酸化促進了根中細胞的伸長。

“在細胞水平上觀察，像pH這樣的簡單化學(xué)特性是根細胞伸長的驅(qū)動力非常有吸引力，”格雷戈爾孟德爾研究所的博士后研究員，該論文的第一作者Elke Barbez說。

接下來，該團隊轉(zhuǎn)向了酸化是否由生長素引起的問題。為了使激素可視化，他們使用附著在與生長素結(jié)合的蛋白質(zhì)上的熒光標(biāo)簽，然后測量正常幼苗中的細胞長度，pH和生長素水平，以及無法制造激素或無法正確響應(yīng)的幼苗。。

他們的結(jié)果表明，生長素的作用比以前認為的更為復(fù)雜：在低濃度下，生長素實際上會引發(fā)酸化和細胞壁松動，從而允許根生長。但是在高濃度下，生長素引發(fā)了堿化，這抑制了生長。然而，抑制作用僅持續(xù)了兩個小時。該團隊的工作提供了一個線索，為什么以前的研究如此混亂或矛盾：在太短暫的時間尺度，生長素的雙重(“雙相”)性質(zhì)并不明顯。

“我們對這些結(jié)果感到興奮，不僅因為它們澄清了生長素信號傳導(dǎo)的復(fù)雜性，而且因為了解這種主要植物激素在不同時間尺度下的作用對于提高作物生產(chǎn)力或增強根系生長的任何努力都非常重要。為緩沖植物免受干旱，“Busch補充道。

鄭重聲明：本文版權(quán)歸原作者所有，轉(zhuǎn)載文章僅為傳播更多信息之目的，如有侵權(quán)行為，請第一時間聯(lián)系我們修改或刪除，多謝。

推薦內(nèi)容