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      對(duì)種子萌發(fā)最早事件的新見解

      植物種子可能會(huì)以不引人注目的外觀吸引不經(jīng)意的觀察者,但它們具有超強(qiáng)能力。在干燥狀態(tài)下,它們可以儲(chǔ)存能量多年,然后在環(huán)境條件有利時(shí)突然釋放能量以發(fā)芽。一個(gè)令人震驚的例子是死亡谷國家公園中的“超級(jí)綻放”,在干旱和炎熱的沙漠中忍受了數(shù)十年的種子在降雨時(shí)突然發(fā)芽,然后在幾個(gè)月后出現(xiàn)了罕見而壯觀的沙漠綻放。種子保存完整的胚胎,只有在適當(dāng)?shù)臈l件下才能繼續(xù)生長??赡軆H在數(shù)年后才出現(xiàn)這種情況,或更長時(shí)間甚至在更極端的情況下甚至是幾個(gè)世紀(jì)。

      對(duì)種子萌發(fā)最早事件的新見解

      種子的發(fā)芽受幾種植物激素的控制,對(duì)此進(jìn)行了深入研究。但是,對(duì)于使激素起作用所需的過程知之甚少。如何能在種子可用?能量代謝如何早期有效地開始?一個(gè)國際研究人員團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正在研究這些問題。

      研究人員使用一種新型的熒光生物傳感器在活的種子細(xì)胞中觀察到了能量代謝和依賴于硫的所謂氧化還原代謝。研究人員發(fā)現(xiàn),當(dāng)種子與水接觸時(shí),能量代謝會(huì)在幾分鐘內(nèi)建立起來,植物細(xì)胞的“發(fā)電站”(稱為線粒體)激活了它們的呼吸作用。研究人員還發(fā)現(xiàn)了哪些分子開關(guān)被激活以使能量得以有效釋放-所謂的硫醇-氧化還原開關(guān)起著核心作用。

      領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的明斯特大學(xué)的MarkusSchwarzländer教授說:“通過研究發(fā)芽控制的早期過程,我們可以更好地了解驅(qū)動(dòng)種子發(fā)芽的機(jī)制。”“將來,我們可以考慮如何將這種開關(guān)用于作物生物技術(shù)。”該研究的結(jié)果可能與耕作有關(guān),一方面需要使種子保持盡可能長的萌發(fā)活力,另一方面也應(yīng)同步發(fā)芽且損失最小。該研究已發(fā)表在《PNAS》雜志上(美國國家科學(xué)院院刊)。

      為了能夠觀察到能量代謝中發(fā)生的活動(dòng),研究人員在顯微鏡下觀察了細(xì)胞中能量的通用貨幣三磷酸腺苷(ATP)和電子能量的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH),在線粒體中。他們比較了來自擬南芥的種子:干種子和用水“吸收”的種子。

      為了確定氧化還原開關(guān)對(duì)于啟動(dòng)發(fā)芽是否重要,研究人員使用遺傳方法使特定蛋白質(zhì)失活,然后將修飾種子與未修飾種子顯示的反應(yīng)進(jìn)行了比較。研究人員允許種子在實(shí)驗(yàn)室中人工老化,他們發(fā)現(xiàn),如果缺少相關(guān)蛋白質(zhì),則種子發(fā)芽的活性就會(huì)大大降低。

      研究人員的下一步涉及所謂的氧化還原蛋白質(zhì)組分析,即,他們使用生化方法檢查了相關(guān)的氧化還原蛋白的整體。為此,他們分離了活躍的線粒體并對(duì)其進(jìn)行了冷凍處理,以便能夠直接研究該過程發(fā)生的狀態(tài)。然后,研究人員使用質(zhì)譜法鑒定了幾種所謂的半胱氨酸肽,它們對(duì)能量代謝中的資源效率很重要。

      “該過程可以比喻為大城市的交通控制系統(tǒng)。在交通高峰期(即發(fā)芽)開始之前,這會(huì)將大量的代謝物“帶入道路”,需要打開交通燈和路由系統(tǒng)”;這是由硫醇氧化還原開關(guān)完成的。”主要作者Thomas Nietzel博士解釋說,他在博士期間完成了大部分實(shí)驗(yàn)。在波恩大學(xué)作物科學(xué)與資源保護(hù)研究所工作,后來在明斯特大學(xué)植物生物學(xué)與生物技術(shù)研究所擔(dān)任博士后研究員。

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