IM Sechenov第一莫斯科國立醫(yī)科大學(xué)的科學(xué)家和他們的俄羅斯同事一起研究了小麥植物對(duì)致病真菌造成的損害的反應(yīng)。他們檢查了與感染有關(guān)的細(xì)胞死亡所涉及的酶的活化。研究結(jié)果和酶分類發(fā)表在國際分子科學(xué)雜志上。植物對(duì)有害微生物(病原體)的抗性主要由DNA編碼的一組酶決定，這些酶參與感染細(xì)胞的死亡并防止感染擴(kuò)散。這種提供蛋白質(zhì)分解的酶稱為蛋白酶。

盡管小麥在農(nóng)業(yè)和科學(xué)(包括生物技術(shù))中的重要性，但這些植物對(duì)病原體的反應(yīng)僅在一般情況下被描述(例如，在這兩篇論文中)，而沒有關(guān)注特定蛋白質(zhì)。該研究的復(fù)雜性指的是小麥與大多數(shù)其他植物一樣是多倍體的事實(shí)。這意味著每個(gè)細(xì)胞都有幾組染色體。就小麥而言，這歸因于Tríticumaestívum(農(nóng)業(yè)中使用的小麥品種)是通過小麥(Triticum Urartu)，山羊草(Aegilops tauschii)和相關(guān)物種的雜交來培育的。因此，小麥基因組很復(fù)雜，含有107,000個(gè)基因 - 幾乎是人類基因組的五倍。

小麥暴露于各種病原體(細(xì)菌，病毒，真菌)，線蟲(蛔蟲)和昆蟲。其中一些寄生在活的植物細(xì)胞上，減緩它們的生長(生物營養(yǎng)病原體)，另一些則以導(dǎo)致其死亡的細(xì)胞含量為食(死亡的病原體)。

科學(xué)家使用了兩種病原體：一種導(dǎo)致小麥葉銹病的生物營養(yǎng)病原體(Puccinia recondita)和一種損害葉片，頭部和谷粒的壞死性病原體(Stagonospora nodorum)。生物學(xué)家研究了“Khakasskaya”和“Daria”小麥品種，以了解真菌感染植物的影響。他們使用了一種結(jié)合液相色譜的特定方法和質(zhì)譜。液相色譜法是一種用于鑒定通過填充有吸附劑的管中的液體流動(dòng)的物質(zhì)混合物的技術(shù)。由于物質(zhì)被不同程度地吸收，混合物被分成組分。質(zhì)譜法是一種基于質(zhì)荷比將中性原子和分子電離成帶電離子的技術(shù)。這使得甚至可以精確地確定復(fù)雜的有機(jī)化合物。

科學(xué)家們總共發(fā)現(xiàn)了1,544種酶，它們屬于五種催化類型的蛋白酶：絲氨酸，半胱氨酸，天冬氨酸，蘇氨酸和金屬蛋白酶。他們確定不同植物品種中常見的蛋白酶比例低于預(yù)期(約60%對(duì)79.3%)。然而，差異(約40%)在幾種類型的蛋白酶之間幾乎相等地分開，表明這些酶可能彼此替代。

蛋白酶的研究有助于預(yù)測(cè)其結(jié)構(gòu)中的特定位點(diǎn)。這些區(qū)域中的水解過程可以在蛋白水解級(jí)聯(lián)過程中被激活。這種連鎖反應(yīng)使生物體能夠快速激活許多酶，從而幫助它抵抗感染。

“我們首先發(fā)現(xiàn)，在受感染的植物中發(fā)現(xiàn)的蛋白酶活化不涉及具有半胱天冬酶樣或類似胱氨酸蛋白酶活性的酶。盡管早期認(rèn)為這種蛋白酶引發(fā)蛋白水解級(jí)聯(lián)活化，導(dǎo)致植物生物體的細(xì)胞死亡我們得出的結(jié)論是，其他一些獨(dú)特的蛋白酶可能參與了小麥對(duì)生物營養(yǎng)和死體營養(yǎng)病原體感染的早期反應(yīng)。當(dāng)然，這個(gè)結(jié)果應(yīng)該通過替代方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)證實(shí)，“分子醫(yī)學(xué)研究所所長Andrey Zamyatnin教授說。 (Sechenov大學(xué))，該文章的共同作者。

酶的詳細(xì)研究允許澄清它們的分類?？茖W(xué)家已經(jīng)描述了幾組酶的同源物(最相似的蛋白質(zhì))，并闡明了這些酶在系統(tǒng)發(fā)育樹中的位置(它顯示了蛋白質(zhì)之間的進(jìn)化距離)。例如，科學(xué)家已經(jīng)確定屬于不同類型的天冬氨酸蛋白酶的程度不同，以至于它們可能不相關(guān)，而是獨(dú)立地獲得了類似的功能。

該研究還有助于闡明關(guān)于觸發(fā)植物細(xì)胞死亡的具體機(jī)制的想法。已知?jiǎng)游镏械囊环N主要凋亡調(diào)節(jié)劑是半胱天冬酶 - 蛋白水解酶，其啟動(dòng)細(xì)胞破壞成單獨(dú)的元件。一些動(dòng)物半胱天冬酶在其他動(dòng)物中引入切割，從而發(fā)出信號(hào)，表明是時(shí)候開始細(xì)胞死亡。

“程序性細(xì)胞死亡的發(fā)現(xiàn)通常被稱為細(xì)胞凋亡(希臘語'脫落')不僅獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，而且還決定了未來幾十年大量研究團(tuán)隊(duì)的科學(xué)議程。本世紀(jì)，很明顯，盡管有程序性細(xì)胞死亡的現(xiàn)象，植物沒有半胱天冬酶。然而，人們發(fā)現(xiàn)植物中有其他具有半胱天冬酶活性的酶。最有可能的是，它們就像動(dòng)物一樣執(zhí)行細(xì)胞死亡過程在植物細(xì)胞中。然而，我們的研究表明：在植物細(xì)胞死亡活性劑在小麥有沒有胱天蛋白酶樣活性的酶，它確認(rèn)的程序不同的機(jī)制再次存在Zamyatnin教授總結(jié)說：“真核生物體內(nèi)的細(xì)胞死亡 ”。