當(dāng)植物向夏日的陽光延伸時，它們正朝著生命中最重要的決定之一前進(jìn) - 何時開花。太早了，他們可能會錯過重要的傳粉媒介。太晚了，早霜可能會破壞它們正在發(fā)育的種子。

依靠莊稼在恰當(dāng)時間開花的農(nóng)民只能坐下來擔(dān)心。這取決于植物。

什么時候開花的決定最終是由必須停止發(fā)出葉子才能開始生花的細(xì)胞決定的?？茖W(xué)家們通常認(rèn)為這些關(guān)于細(xì)胞命運的關(guān)鍵決定是由一組調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)之間的平衡所控制的，這些調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)可以促使細(xì)胞向一個命運運轉(zhuǎn)，而其他蛋白質(zhì)可以阻止細(xì)胞運動。當(dāng)制動器以正確的提示釋放時，細(xì)胞以葉子或花的形式向著它的命運前進(jìn)。

但是8月6日在威斯康星大學(xué)麥迪遜分校生物學(xué)家發(fā)表的“自然遺傳學(xué)”雜志上發(fā)表的一項新研究發(fā)現(xiàn)了一種以前未知的控制細(xì)胞決定的機制，它結(jié)合了單一蛋白質(zhì)的開關(guān)。遺傳學(xué)和威斯康星研究所發(fā)現(xiàn)研究員薛學(xué)華和她的實驗室的教授發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)EBS可以結(jié)合組蛋白上的兩種不同的化學(xué)修飾，即DNA包裹的蛋白質(zhì)，促進(jìn)或阻止植物向開花過渡。

由于EBS的基本構(gòu)建模塊遍布植物和動物，因此這種調(diào)節(jié)關(guān)于發(fā)育和組織生成的關(guān)鍵決策的風(fēng)格可能很普遍。研究人員表示，將一種蛋白質(zhì)的發(fā)育開關(guān)連接在一起，為改善作物提供了機會，也可以幫助科學(xué)家研究癌癥等疾病。

每個生物體都以單個細(xì)胞開始，這意味著細(xì)胞必須能夠表達(dá)花和葉基因，盡管不能同時表達(dá)。這些年輕的細(xì)胞尚未決定他們的命運。

“這就像是一年級的新生。他們還沒有申報專業(yè)，”鐘說。“那么你如何保持這種未決狀態(tài)?一種方式是我們稱之為表觀遺傳學(xué)的方法。”

表觀遺傳調(diào)控使用DNA上的化學(xué)裝飾來幫助控制哪些基因是活躍的以及哪些基因被關(guān)閉。調(diào)節(jié)蛋白可以結(jié)合激活或抑制化學(xué)標(biāo)記，以促進(jìn)或限制哪些基因被打開，進(jìn)而控制細(xì)胞可能變成什么類型??的組織，或生物體如何改變其生長。

通常，基因活化由一種蛋白質(zhì)控制，而另一種蛋白質(zhì)將抑制基因的表達(dá)。但鐘的實驗室發(fā)現(xiàn)EBS與眾不同。

“這一種蛋白質(zhì)具有可以讀取激活和抑制標(biāo)記的區(qū)域，然后可以打開或關(guān)閉，”負(fù)責(zé)這項工作的鐘實驗科學(xué)家錢水明說。

“有些蛋白質(zhì)可以同時結(jié)合多種修飾，但我們從未見過能夠同時結(jié)合抑制活性和活性標(biāo)記的蛋白質(zhì)，”鐘實驗室的研究生Ray Scheid補充道，他為這項研究做出了貢獻(xiàn)。 。威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究人員還與中國科學(xué)院的科學(xué)家合作研究了EBS的結(jié)構(gòu)。

植物科學(xué)家早就知道，如果沒有EBS，植物就會開花。研究小組發(fā)現(xiàn)，如果它們破壞EBS結(jié)合表觀遺傳修飾的能力 - 抑制或激活標(biāo)記 - 開花仍然早期發(fā)生，表明開關(guān)之間的平衡對于EBS完全起作用是至關(guān)重要的。

鐘的實驗室還表明，當(dāng)它開花的時候，EBS會改變它的形狀，這使它更能強烈地附著在激活的修飾上。從“關(guān)閉”到“開啟”的變化讓EBS開啟了一系列將開花計劃付諸行動的基因。

鐘說，在一種蛋白質(zhì)中加入一個開關(guān)，可以靈活地做出關(guān)于細(xì)胞命運和發(fā)育??的關(guān)鍵決定。研究團(tuán)隊還看到了研究的機會，有一天，應(yīng)用程序基于影響細(xì)胞如何通過控制一種蛋白質(zhì)來決定成為什么。

鐘的一個應(yīng)用是基于EBS已經(jīng)擅長控制開花的東西。

“在威斯康星州，我們的生長季節(jié)很短，”鐘說。“如果我們能夠減少植物的生命周期并提前完成這個季節(jié)，那對許多作物來說可能非常重要。”