忽視植物分子其實是一種財富

世界上最好的天然化學(xué)家不是科學(xué)家，而是植物。自從大約4.5億年前植物開始棲息在陸地上以來，它們不斷進化出豐富的小型天然化學(xué)物質(zhì)和受體。

現(xiàn)在，索爾克研究所的科學(xué)家們在2016年8月11日的《細胞》雜志上發(fā)表的一項研究揭示了一種經(jīng)常被忽視的叫做相酸的小分子的意想不到的作用。新的發(fā)現(xiàn)表明，相溶性酸及其受體可能共同進化，成為耐旱和其他生存性狀的關(guān)鍵，并可能為培育耐受氣候變化造成的自然災(zāi)害的更耐寒的新作物提供信息。

“有一些暗示phaseic酸不僅是一個不活動的旁觀者,但植物激素與一個重要的角色,”這項研究的高級研究員約瑟夫·諾埃爾說,亞瑟和朱莉持有人伍德羅椅子和教授杰克·h·史葛柏索爾克化學(xué)生物學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)中心。“但現(xiàn)在，通過使用一系列尖端的生物方法，我們更有說服力地證明，鄰苯二甲酸可能對生存很重要。”

在植物研究中，鄰苯二甲酸作為一種重要的前驅(qū)物，長期以來一直處于其前身脫落酸(aba)的陰影之下。ABA是一種植物激素，存在于所有的陸地植物中，是應(yīng)對環(huán)境壓力和病原體的關(guān)鍵，特別是對植物干旱情況的警報。ABA也因其與水果和蔬菜中的有益物質(zhì)——類胡蘿卜素，如-胡蘿卜素和番茄紅素——的聯(lián)系而聞名。

像所有的自然小分子一樣，ABA是通過復(fù)雜的代謝途徑產(chǎn)生的，這種代謝途徑將簡單的碳基構(gòu)建塊轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)復(fù)雜的自然化學(xué)物質(zhì)，共同傳遞大量的信息。有些植物具有多種ABA受體，每一種受體在植物中都發(fā)揮著不同的作用。但矛盾的是，ABA作為一個主調(diào)控因子，它本身似乎對所有受體都有相同的偏好，這并不適合對植物功能進行微調(diào)控制。

在新的研究中，Noel的團隊使用了一種被廣泛研究的植物擬南芥，并獲得了缺乏處理酸的酶的品種，實際上積累了大量的酸。

令研究小組驚訝的是，這些植物的種子萌發(fā)時間發(fā)生了變化，在沒有水的情況下存活了更長的時間。諾埃爾說:“這向我們表明，也許我們不應(yīng)該把相思酸看作是一種非活性的降解產(chǎn)物，而應(yīng)該把它看作一種分子，它有自己的能力像其他植物激素一樣引起變化。”

科學(xué)家們進行了一系列的研究指向phaseic酸作為一種植物激素的作用,例如顯示添加phaseic酸正常幼苗引發(fā)許多特定基因的表達變化,特別是基因編碼代謝酶,重疊,也不同于那些由ABA激活。

此外，通過一種叫做x射線晶體學(xué)的高分辨率成像技術(shù)，研究小組發(fā)現(xiàn)，大豆酸與ABA的受體結(jié)合在一起，從而鞏固了ABA的受體不僅僅能感知ABA的證據(jù)。

這項新研究從更廣泛的層面上表明，生物如何利用小的化學(xué)物質(zhì)來產(chǎn)生各種不同的反應(yīng)，可能隱藏著更多的復(fù)雜性。諾埃爾說，進化很可能重新利用了其他所謂的新陳代謝的最終產(chǎn)物。

該研究的第一作者翁京可(Jing-Ke Weng)曾是諾埃爾實驗室的博士后研究員，他在麻省理工學(xué)院(Massachusetts Institute of Technology)的懷特黑德生物醫(yī)學(xué)研究所(Whitehead Institute for Biomedical research)和生物學(xué)系內(nèi)成立了一個獨立的研究小組，將繼續(xù)探索以前不為人知的植物化學(xué)物質(zhì)。翁說:“我們希望發(fā)現(xiàn)并理解激素的復(fù)雜性，它們的代謝物以及它們與各種植物受體的共同作用。”

Noel的團隊將研究植物根部荷爾蒙的作用。諾埃爾說，有證據(jù)表明，在干旱、越冬和土壤中的病原體侵襲期間，大豆酸和ABA在將碳從植物的葉子和莖部轉(zhuǎn)移到根部的過程中發(fā)揮了作用。“了解植物生物學(xué)的這一領(lǐng)域為思考我們?nèi)绾螠p緩氣候變化提供了新的途徑。”

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