基因組考古學(xué)家揭示了植物激素的起源

在他們尋求植物中通用生長素激素的起源時，位于瓦赫寧根的生物化學(xué)家和生物信息學(xué)家接受了考古學(xué)家的職務(wù)。在大約10億年前，地球上植物生命的進(jìn)化歷史深處，他們遇到了當(dāng)時與植物激素有關(guān)的蛋白質(zhì)碎片。探索之旅揭示了生命科學(xué)家洞察進(jìn)化的信息，為植物育種者和種植者的前景創(chuàng)造了機(jī)會。研究小組于3月27日在領(lǐng)先的在線期刊eLife上發(fā)表了他們的研究結(jié)果。

植物在頂部生長最快，使側(cè)枝和根，葉子轉(zhuǎn)向光，花和果實(shí)的各種形式。這些發(fā)展是由植物激素生長素啟動的。生長素在細(xì)胞和組織中以不同濃度存在。這使其成為決定植物生長的最復(fù)雜的生化系統(tǒng)之一。“令人驚訝的是，這樣一個復(fù)雜的系統(tǒng)如何開發(fā)出如此多的過程，就像我們在花卉植物中看到的那樣“研究負(fù)責(zé)人，瓦赫寧根大學(xué)和研究生物化學(xué)教授Dolf Weijers教授說，”這包括細(xì)胞分裂，細(xì)胞生長和分化成各種細(xì)胞類型，如芽，葉或果實(shí)。最大的謎團(tuán)是如何通過這個古老的分子實(shí)現(xiàn)所有這些反應(yīng)，以及如何實(shí)現(xiàn)這樣一個復(fù)雜的系統(tǒng)。

千種植物

博士候選人Sumanth Mutte是Dolf Weijers團(tuán)隊(duì)的成員，研究了超過一千種植物的基因組。他選擇的物種仍然存活，但具有不同的進(jìn)化生命歷史。這包括“現(xiàn)代”開花植物，這些植物在3.2億年前分裂并且現(xiàn)在具有高度復(fù)雜的生長素系統(tǒng)：較老的種子植物類型，如針葉樹，以及蕨類植物等孢子植物和早期的蘚類植物，超過5億歲。研究生長素的最古老的生命形式是單細(xì)胞綠藻，可追溯到10億年前的深層。

三個早期蛋白質(zhì)家族

“在相當(dāng)長的一段時間里，植物細(xì)胞已經(jīng)發(fā)生了很多變化，”Weijers教授解釋道。“例如，許多基因組增加了一倍或四倍。”這導(dǎo)致大量不同的蛋白質(zhì)在植物中發(fā)揮作用。我們所知的生長素系統(tǒng)已經(jīng)完成了5億年前，當(dāng)時第一批陸地植物出現(xiàn)了。令我們驚訝的是，我們看到了調(diào)節(jié)生長素功能的三個蛋白質(zhì)家族中的一個，其中一個已經(jīng)存在于綠藻中。十億年前，當(dāng)生命尚未從水中出現(xiàn)時，我們的追求更加深入，我們的追求使我們成為三個蛋白質(zhì)家族的碎片。我們?nèi)匀辉诮裉斓闹参镏邪l(fā)現(xiàn)它們，但它們起源于綠藻，并且起初可能具有不同的功能。

實(shí)驗(yàn)基因組考古學(xué)

博士后研究員Hirotaka Kato隨后通過對來自三個不同時代的植物進(jìn)行“實(shí)驗(yàn)基因組考古學(xué)”驗(yàn)證了這些發(fā)現(xiàn)：藻類，苔蘚和蕨類植物。研究人員通過確定激素打開或關(guān)閉的基因數(shù)量，研究了這些基因組如何對生長素產(chǎn)生反應(yīng)。“這向我們展示了生長素系統(tǒng)如何變得更加復(fù)雜，以及植物可以修改哪些成分以使用激素來進(jìn)行新的過程來調(diào)節(jié)其生長和形狀，”Weijers教授解釋說。

更多關(guān)于生長素基本功能的知識本身對生命科學(xué)非常重要：植物如何在不同水平，從細(xì)胞到器官以及作為一個整體發(fā)揮作用。這些知識可以轉(zhuǎn)化為育種計(jì)劃，用于開發(fā)新的糧食作物品種。“更清楚地了解植物如何控制自身的生長和發(fā)育，這使得育種者和后來的種植者能夠提供更健康，更好的作物。”

鄭重聲明：本文版權(quán)歸原作者所有，轉(zhuǎn)載文章僅為傳播更多信息之目的，如有侵權(quán)行為，請第一時間聯(lián)系我們修改或刪除，多謝。

推薦內(nèi)容