實(shí)驗(yàn)室設(shè)計的激素可以揭開植物所擁有的神秘面紗。

霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所(HHMI)研究員Keiko Torii及其同事通過開發(fā)植物激素生長素的合成版本以及識別它的工程化受體，準(zhǔn)備揭開植物的內(nèi)部運(yùn)作。

這項新作品，描述于2018年1月22日的自然化學(xué)生物學(xué)雜志，是“一種了解植物生長和發(fā)育的變革工具，”華盛頓大學(xué)的植物生物學(xué)家Torii說。這種理解可能會產(chǎn)生巨大的農(nóng)業(yè)影響，例如，提高了草莓和西紅柿成熟的新方法的可能性。

對植物來說，激素生長素是王者。在許多其他工作中，生長素幫助向日葵跟蹤陽光，根向下生長，果實(shí)成熟。這種廣泛的工作，以及植物中的每個細(xì)胞都可以產(chǎn)生和檢測生長素的事實(shí)，使得分解激素的各種作用變得棘手。“對于如此簡單的分子如何能做到這么多不同的事情，這是一個巨大的謎團(tuán)，”Torii說。

她和她的同事們開始研究植物對生長素反應(yīng)的新方法，設(shè)計一種可以精確控制的實(shí)驗(yàn)室制造的激素。與日本的合成化學(xué)家合作，研究人員對生長素的結(jié)構(gòu)添加了一點(diǎn)點(diǎn) - 生長素通常不含的碳?xì)浠衔锃h(huán)。然后研究人員調(diào)整了植物的生長素受體，這是一種位于植物細(xì)胞外部并檢測生長素的蛋白質(zhì)。這一次，研究人員從受體中去除了一個龐大的氨基酸，創(chuàng)造了一個完美大小的洞，支撐著實(shí)驗(yàn)室制造的生長素。Torii說，這個簡單的開關(guān)，稱為“凹凸”策略，“實(shí)際上非常優(yōu)雅”。

接下來，研究人員測試了這種匹配組合 - 合成植物生長素和合成受體 - 是否可以完成與細(xì)胞天然生長素/受體對相同的工作。設(shè)計復(fù)雜的系統(tǒng)工作得很漂亮，根據(jù)實(shí)驗(yàn)表明。

通常，暴露于生長素的根停止生長，而是通過激活突破主根的干細(xì)胞而側(cè)向生長。Torii將這個叫做側(cè)根發(fā)育的過程與穿過肚子的外星人進(jìn)行了比較。在檢測到合成的生長素后，經(jīng)過基因工程改造的擬南芥植物產(chǎn)生合成的生長素受體，表現(xiàn)得像正常一樣 - 生長根分支的相同側(cè)向小玩意。

更重要的是，沒有合成植物生長素受體的根基本上對合成的生長素是“盲目的”，證明人工激素僅由人工受體檢測到。Torii和她的同事稱這種轉(zhuǎn)換為合成生長素“化學(xué)劫持” - 一種控制良好的接管，現(xiàn)在可以讓研究人員梳理植物中生長素的糾纏網(wǎng)絡(luò)。

隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，研究人員測試了植物生物學(xué)中一個長期存在的問題?？茖W(xué)家們知道發(fā)芽幼苗使用生長素快速生長。但是，允許這一過程發(fā)生的確切受體的身份尚未解決。

科學(xué)界心中有一個嫌疑人。Torii的團(tuán)隊生產(chǎn)了一種缺乏生長素受體TIR1的植物，而是擁有合成版本。當(dāng)暴露于人工生長素時，這些幼苗開始快速生長，表現(xiàn)得與正常受體一樣。結(jié)果表明種子伸長確實(shí)通過TIR1受體發(fā)生。

Torii說，這個系統(tǒng)可以解決其他基本科學(xué)問題，例如生長素在玉米成熟和打開氣孔中的作用，即讓植物呼吸的結(jié)構(gòu)。

有一天，合成生長素甚至可能在農(nóng)業(yè)中占有一席之地。目前，生長素噴灑在水果上以加速成熟。但是在高濃度下，這種激素可以起到植物殺滅除草劑的作用。Torii表示，工程化攜帶合成受體的水果可以用合成的生長素激素成熟，不需要不加選擇地噴灑生長素。但是，她警告說，在合成激素系統(tǒng)可用于種植食物之前，還需要做更多的測試。