研究發(fā)現(xiàn)植物生長控制機制的關鍵

普渡大學的一項研究繪制了一系列控制植物細胞形狀的復雜途徑。這些發(fā)現(xiàn)是朝著定制植物如何生長以滿足特定農(nóng)藝需求和提高美國棉花質量的重要一步。

美國棉花生產(chǎn)是一個價值250億美元的產(chǎn)業(yè)，但這里種植的棉農(nóng)種類的質量低于優(yōu)質的埃及棉或皮馬棉，其纖維直徑較小。植物學和植物病理學系教授Daniel Szymanski分析了細胞內信號傳導網(wǎng)絡如何模擬細胞壁以產(chǎn)生特定的細胞形狀和大小。來自擬南芥模型系統(tǒng)的這些知識可用于產(chǎn)生具有較小直徑或增加強度的棉纖維細胞。

在“當代生物學”雜志上發(fā)表的研究結果中，Szymanski描述了如何組織微管和肌動蛋白，即形成植物細胞細胞骨架的蛋白質聚合物，以指定細胞壁的機械性質，定義細胞形狀。

Szymanski的研究小組發(fā)現(xiàn)微管在一個細胞的頂點內捕獲一種名為SPIKE 1的蛋白質，其中SPIKE 1募集了額外的蛋白質機器，導致肌動蛋白絲形成。然后將肌動蛋白絲網(wǎng)絡組織為用于長距離細胞內運輸?shù)牡缆泛图毎L所必需的細胞壁材料的調節(jié)遞送。

“SPIKE 1是細胞中的主要調節(jié)因子，開關在激活時決定了肌動蛋白網(wǎng)絡聚合的時間和位置，”Szymanski說。

SPIKE1的位置和活動很重要。如果沒有它，生長就會被錯誤調節(jié)，導致細胞形狀扭曲，不能正常逐漸變細。SPIKE1蛋白是越來越多的工具之一，可用于編程經(jīng)濟上重要的細胞(包括棉纖維)的大小和形狀。

Szymanski說，這種新的理解也可能在設計具有不同細胞形狀和大小的植物方面發(fā)揮更廣泛的作用。

“細胞是組織和器官的基石，它們有可能影響葉片大小等關鍵特性，”Szymanski說。“這項工作提供了一個知識庫，可以實現(xiàn)細胞，組織和器官工程。”

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