你看對了。植物有激素。激素是小信號分子，它們在細(xì)胞之間傳播并傳遞信息以打開和關(guān)閉特定基因 - 影響行為，環(huán)境反應(yīng)和生長。人體激素包括睪丸激素，胰島素和適當(dāng)命名的生長激素。植物激素是一組完全不同的化學(xué)信使，它們調(diào)節(jié)莖生長，葉子和花的產(chǎn)生，根模式和應(yīng)對環(huán)境破壞等活動。

這些只是植物生物學(xué)家試圖精確理解的各種任務(wù)，因為壓力增加是為了在不受控制的氣候變化中養(yǎng)活不斷增長的人口。但植物中的激素會影響各種各樣的基因和植物活動，激素反應(yīng)的細(xì)節(jié)最好是黑暗的。

華盛頓大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種基于改良酵母細(xì)胞的新工具包，以梳理植物基因和蛋白質(zhì)如何響應(yīng)生長素，這是最普遍存在的植物激素。他們的系統(tǒng)在9月19日發(fā)表在“ 美國國家科學(xué)院院刊”上的一篇論文中有所描述，它允許他們解釋生長素對植物利用的各種基因家族的基本影響，以檢測和解釋生長素驅(qū)動的信息。

“Auxin在不同背景下有不同的信息，”資深作者和UW生物學(xué)教授Jennifer Nemhauser說。“一個細(xì)胞以一種方式響應(yīng)生長素，而它的鄰居則完全相反 - 來自同一化學(xué)物質(zhì)的兩種不同反應(yīng)。這些細(xì)胞內(nèi)部正在發(fā)生什么來傳遞相反的信息?”作為最普遍的植物激素，生長素幾乎影響植物生物學(xué)的每個方面，包括生長，發(fā)育和應(yīng)激反應(yīng)。生物學(xué)家早就知道，生長素作用于DNA片段，稱為啟動子，可以打開或關(guān)閉附近的基因。但生長素不會簡單地打開或關(guān)閉所有附近的基因。使用生長素，一些基因開啟，其他基因關(guān)閉，甚至更細(xì)微的反應(yīng)也是可能的。植物蛋白通過與生長素結(jié)合然后與啟動子結(jié)合來介導(dǎo)這些不同的反應(yīng)。一些蛋白質(zhì)會降低基因表達(dá)，而另一些則相反。

“蛋白質(zhì)之間存在大量的交叉通訊，植物中含有大量基因，這些基因是生長素的目標(biāo)，”Nemhauser說。“這使得解讀植物細(xì)胞中的基本生長素'代碼變得非常困難。”

因此，Nemhauser的團隊從植物細(xì)胞轉(zhuǎn)向萌芽酵母 - 單細(xì)胞真菌和流行的實驗室工具。研究人員設(shè)計酵母細(xì)胞來表達(dá)對生長素有反應(yīng)的蛋白質(zhì)，因此他們可以測量生長素如何改變它們也插入細(xì)胞的關(guān)鍵植物基因的開/關(guān)狀態(tài)。從本質(zhì)上講，他們陪審團操縱酵母以響應(yīng)生長素。對于Nemhauser來說，這是一種簡單的轉(zhuǎn)變方式，具有潛在的巨大收益。“我們改變了這個問題的視角，”Nemhauser說。“通過將植物生長素反應(yīng)問題從植物中解決出來并逐片重建，我們能夠找到最重要的部分。”

Nemhauser的團隊可以在修飾的酵母細(xì)胞中引入不同的生長素反應(yīng)蛋白，每次都測量它們在生長素存在下如何修飾基因表達(dá)。他們的實驗揭示了生長素信號傳導(dǎo)的基本“代碼” - 抑制或激活蛋白質(zhì)的特定組合如何與生長素，DNA和彼此結(jié)合以影響細(xì)胞行為。例如，他們的酵母實驗表明，基因激活蛋白ARF19必須與相同的蛋白結(jié)合才能完全開啟基因。另一方面，許多基因沉默蛋白不需要伙伴來關(guān)閉基因。

這些和其他簡單的規(guī)則只在Nemhauser團隊開發(fā)的酵母系統(tǒng)中清楚地顯示出來。他們闡明了細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的相互作用，產(chǎn)生了明確的生長素介導(dǎo)的信息。

“這些是細(xì)胞內(nèi)因素的復(fù)雜組合，當(dāng)通過這種相互作用解釋時，會產(chǎn)生復(fù)雜的輸出信號 - 比如'這種植物應(yīng)該投入能量來制造葉子還是根?'”Nemhauser說。“而這一切都始于生長素和生長素響應(yīng)蛋白之間的復(fù)雜舞蹈。”

研究人員修改酵母以顯示植物如何對關(guān)鍵激素做出反應(yīng)Nemhauser希望這種基于酵母的工具，她與UW電氣工程教授Eric Klavins一起開發(fā)，將揭示生長素在植物細(xì)胞中的作用的更多細(xì)節(jié)。她希望知識能夠使農(nóng)民和植物遺傳學(xué)家在面對干旱和氣候變化時提高作物產(chǎn)量和恢復(fù)能力。

“這些工具可以做很多事情，因為生物系統(tǒng)比我們設(shè)計的任何工具都要復(fù)雜，”Nemhauser說。“通過這些激素信號傳導(dǎo)途徑的正確工具和知識，我們將確切地知道哪些變化 - 最小和目標(biāo) - 將在作物中產(chǎn)生所需的特性。”