盡管植物在地球上的生命是多么重要，但人們對(duì)植物細(xì)胞的部分如何協(xié)調(diào)生長(zhǎng)和綠化知之甚少。通過(guò)創(chuàng)建突變植物，加州大學(xué)河濱分校的研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了科學(xué)家數(shù)十年來(lái)尋求的細(xì)胞通訊途徑。

植物和人類都有專門的光敏蛋白。在人類中，這些蛋白質(zhì)存在于視網(wǎng)膜中，讓我們可以看到。在植物中，它們被稱為植物色素，主要存在于細(xì)胞核中，作為細(xì)胞活動(dòng)的主要控制因子。

當(dāng)光照射到細(xì)胞核中的植物色素時(shí)，光合作用將二氧化碳轉(zhuǎn)化為糖并促進(jìn)植物生長(zhǎng)。然后核必須向稱為質(zhì)體的子器官發(fā)送命令，將其自身轉(zhuǎn)化為葉綠體，葉綠體生產(chǎn)綠色色素葉綠素。

“細(xì)胞核就像是細(xì)胞的聯(lián)邦政府，而一個(gè)稱為質(zhì)體的子器官更像是國(guó)家，”UCR的細(xì)胞生物學(xué)副教授孟晨說(shuō)，他的實(shí)驗(yàn)室是世界上少數(shù)專注于光敏色素的實(shí)驗(yàn)室之一。通信。“直到現(xiàn)在，我們還不知道細(xì)胞核是如何向質(zhì)體發(fā)送'轉(zhuǎn)綠'命令，告訴它們激活它們的光合作用基因。”

今天發(fā)表在Nature Communications雜志上的兩篇新論文詳細(xì)介紹了陳的團(tuán)隊(duì)得出答案的方式。

從歷史上看，部分挑戰(zhàn)是確定25,000個(gè)核基因中的哪一個(gè)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)細(xì)胞的綠化過(guò)程。為了找到監(jiān)管機(jī)構(gòu)，陳和他的團(tuán)隊(duì)推斷，相同的基因不僅要控制植物綠化，還要控制其他過(guò)程，如高度。

“我們尋找的調(diào)節(jié)器將控制質(zhì)量，高度和顏色，”陳說(shuō)。

他們采用了一種小型開花植物，其化學(xué)創(chuàng)造的植物即使暴露在光線下也無(wú)法制造葉綠體。接下來(lái)，他們尋找白化病和高大的突變體。幸運(yùn)的是，Chen的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)他們創(chuàng)造了一些具有兩種品質(zhì)的突變體。

將野生植物DNA與突變的植物DNA進(jìn)行比較，使團(tuán)隊(duì)能夠確定兩個(gè)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)綠化的基因。

研究報(bào)告的共同作者，YCR分子生物學(xué)家，兩篇論文的第一作者Chan Yul Yoo說(shuō)：“沒(méi)有這些基因的植物不能對(duì)光響應(yīng)，變成高大的白化幼苗。”

了解葉綠體發(fā)育的主要控制可能對(duì)提高作物產(chǎn)量和幫助植物應(yīng)對(duì)氣候變化的新技術(shù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。但這一發(fā)現(xiàn)的好處并不僅限于植物。Chen的實(shí)驗(yàn)室由美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院資助，因?yàn)檫@項(xiàng)工作對(duì)癌癥研究有影響。

線粒體是植物和動(dòng)物細(xì)胞的發(fā)電機(jī)，它們?cè)诎┌Y中起作用，因?yàn)樗鼈儏⑴c程序性細(xì)胞死亡。細(xì)胞核和線粒體之間的通訊類似于植物細(xì)胞核和葉綠體之間的通訊。

“揭示植物中的核 - 葉綠體通訊途徑可以為人類細(xì)胞中的基因表達(dá)及其在癌癥中的錯(cuò)誤調(diào)節(jié)提供新的見解，”陳說(shuō)。

研究小組的其他成員包括UCR的Elise Pasoreck，He Wang和Gregor Blaha以及Emily Yang，F(xiàn)ay-Wei Li，Kathleen Pryer，以及杜克大學(xué)生物系的孫太平，Jun Cao和Detlef Weigel馬克斯普朗克發(fā)育生物學(xué)研究所，杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)中心生物化學(xué)系劉江新和裴周。