當(dāng)植物向夏日的陽(yáng)光延伸時(shí)，它們正朝著生命中最重要的決定之一前進(jìn) - 何時(shí)開(kāi)花。太早了，他們可能會(huì)錯(cuò)過(guò)重要的傳粉媒介。太晚了，早霜可能會(huì)破壞它們正在發(fā)育的種子。

依靠莊稼在恰當(dāng)時(shí)間開(kāi)花的農(nóng)民只能坐下來(lái)?yè)?dān)心。這取決于植物。

什么時(shí)候開(kāi)花的決定最終是由必須停止發(fā)出葉子才能開(kāi)始生花的細(xì)胞決定的?？茖W(xué)家們通常認(rèn)為這些關(guān)于細(xì)胞命運(yùn)的關(guān)鍵決定是由一組調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)之間的平衡所控制的，這些調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)可以促使細(xì)胞向一個(gè)命運(yùn)運(yùn)轉(zhuǎn)，而其他蛋白質(zhì)可以阻止細(xì)胞運(yùn)動(dòng)。當(dāng)制動(dòng)器以正確的提示釋放時(shí)，細(xì)胞以葉子或花的形式向著它的命運(yùn)前進(jìn)。

但是8月6日在威斯康星大學(xué)麥迪遜分校生物學(xué)家發(fā)表的“自然遺傳學(xué)”雜志上發(fā)表的一項(xiàng)新研究發(fā)現(xiàn)了一種以前未知的控制細(xì)胞決定的機(jī)制，它結(jié)合了單一蛋白質(zhì)的開(kāi)關(guān)。遺傳學(xué)和威斯康星研究所發(fā)現(xiàn)研究員薛學(xué)華和她的實(shí)驗(yàn)室的教授發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)EBS可以結(jié)合組蛋白上的兩種不同的化學(xué)修飾，即DNA包裹的蛋白質(zhì)，促進(jìn)或阻止植物向開(kāi)花過(guò)渡。

由于EBS的基本構(gòu)建模塊遍布植物和動(dòng)物，因此這種調(diào)節(jié)關(guān)于發(fā)育和組織生成的關(guān)鍵決策的風(fēng)格可能很普遍。研究人員表示，將一種蛋白質(zhì)的發(fā)育開(kāi)關(guān)連接在一起，為改善作物提供了機(jī)會(huì)，也可以幫助科學(xué)家研究癌癥等疾病。

每個(gè)生物體都以單個(gè)細(xì)胞開(kāi)始，這意味著細(xì)胞必須能夠表達(dá)花和葉基因，盡管不能同時(shí)表達(dá)。這些年輕的細(xì)胞尚未決定他們的命運(yùn)。

“這就像是一年級(jí)的新生。他們還沒(méi)有申報(bào)專業(yè)，”鐘說(shuō)。“那么你如何保持這種未決狀態(tài)?一種方式是我們稱之為表觀遺傳學(xué)的方法。”

表觀遺傳調(diào)控使用DNA上的化學(xué)裝飾來(lái)幫助控制哪些基因是活躍的以及哪些基因被關(guān)閉。調(diào)節(jié)蛋白可以結(jié)合激活或抑制化學(xué)標(biāo)記，以促進(jìn)或限制哪些基因被打開(kāi)，進(jìn)而控制細(xì)胞可能變成什么類型??的組織，或生物體如何改變其生長(zhǎng)。

通常，基因活化由一種蛋白質(zhì)控制，而另一種蛋白質(zhì)將抑制基因的表達(dá)。但鐘的實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)EBS與眾不同。

“這一種蛋白質(zhì)具有可以讀取激活和抑制標(biāo)記的區(qū)域，然后可以打開(kāi)或關(guān)閉，”負(fù)責(zé)這項(xiàng)工作的鐘實(shí)驗(yàn)科學(xué)家錢(qián)水明說(shuō)。

“有些蛋白質(zhì)可以同時(shí)結(jié)合多種修飾，但我們從未見(jiàn)過(guò)能夠同時(shí)結(jié)合抑制活性和活性標(biāo)記的蛋白質(zhì)，”鐘實(shí)驗(yàn)室的研究生Ray Scheid補(bǔ)充道，他為這項(xiàng)研究做出了貢獻(xiàn)。 。威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的研究人員還與中國(guó)科學(xué)院的科學(xué)家合作研究了EBS的結(jié)構(gòu)。

植物科學(xué)家早就知道，如果沒(méi)有EBS，植物就會(huì)開(kāi)花。研究小組發(fā)現(xiàn)，如果它們破壞EBS結(jié)合表觀遺傳修飾的能力 - 抑制或激活標(biāo)記 - 開(kāi)花仍然早期發(fā)生，表明開(kāi)關(guān)之間的平衡對(duì)于EBS完全起作用是至關(guān)重要的。

鐘的實(shí)驗(yàn)室還表明，當(dāng)它開(kāi)花的時(shí)候，EBS會(huì)改變它的形狀，這使它更能強(qiáng)烈地附著在激活的修飾上。從“關(guān)閉”到“開(kāi)啟”的變化讓EBS開(kāi)啟了一系列將開(kāi)花計(jì)劃付諸行動(dòng)的基因。

鐘說(shuō)，在一種蛋白質(zhì)中加入一個(gè)開(kāi)關(guān)，可以靈活地做出關(guān)于細(xì)胞命運(yùn)和發(fā)育??的關(guān)鍵決定。研究團(tuán)隊(duì)還看到了研究的機(jī)會(huì)，有一天，應(yīng)用程序基于影響細(xì)胞如何通過(guò)控制一種蛋白質(zhì)來(lái)決定成為什么。

鐘的一個(gè)應(yīng)用是基于EBS已經(jīng)擅長(zhǎng)控制開(kāi)花的東西。

“在威斯康星州，我們的生長(zhǎng)季節(jié)很短，”鐘說(shuō)。“如果我們能夠減少植物的生命周期并提前完成這個(gè)季節(jié)，那對(duì)許多作物來(lái)說(shuō)可能非常重要。”