你看對(duì)了。植物有激素。激素是小信號(hào)分子，它們?cè)诩?xì)胞之間傳播并傳遞信息以打開(kāi)和關(guān)閉特定基因 - 影響行為，環(huán)境反應(yīng)和生長(zhǎng)。人體激素包括睪丸激素，胰島素和適當(dāng)命名的生長(zhǎng)激素。植物激素是一組完全不同的化學(xué)信使，它們調(diào)節(jié)莖生長(zhǎng)，葉子和花的產(chǎn)生，根模式和應(yīng)對(duì)環(huán)境破壞等活動(dòng)。

這些只是植物生物學(xué)家試圖精確理解的各種任務(wù)，因?yàn)閴毫υ黾邮菫榱嗽诓皇芸刂频臍夂蜃兓叙B(yǎng)活不斷增長(zhǎng)的人口。但植物中的激素會(huì)影響各種各樣的基因和植物活動(dòng)，激素反應(yīng)的細(xì)節(jié)最好是黑暗的。

華盛頓大學(xué)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種基于改良酵母細(xì)胞的新工具包，以梳理植物基因和蛋白質(zhì)如何響應(yīng)生長(zhǎng)素，這是最普遍存在的植物激素。他們的系統(tǒng)在9月19日發(fā)表在“ 美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊”上的一篇論文中有所描述，它允許他們解釋生長(zhǎng)素對(duì)植物利用的各種基因家族的基本影響，以檢測(cè)和解釋生長(zhǎng)素驅(qū)動(dòng)的信息。

“Auxin在不同背景下有不同的信息，”資深作者和UW生物學(xué)教授Jennifer Nemhauser說(shuō)。“一個(gè)細(xì)胞以一種方式響應(yīng)生長(zhǎng)素，而它的鄰居則完全相反 - 來(lái)自同一化學(xué)物質(zhì)的兩種不同反應(yīng)。這些細(xì)胞內(nèi)部正在發(fā)生什么來(lái)傳遞相反的信息?”作為最普遍的植物激素，生長(zhǎng)素幾乎影響植物生物學(xué)的每個(gè)方面，包括生長(zhǎng)，發(fā)育和應(yīng)激反應(yīng)。生物學(xué)家早就知道，生長(zhǎng)素作用于DNA片段，稱為啟動(dòng)子，可以打開(kāi)或關(guān)閉附近的基因。但生長(zhǎng)素不會(huì)簡(jiǎn)單地打開(kāi)或關(guān)閉所有附近的基因。使用生長(zhǎng)素，一些基因開(kāi)啟，其他基因關(guān)閉，甚至更細(xì)微的反應(yīng)也是可能的。植物蛋白通過(guò)與生長(zhǎng)素結(jié)合然后與啟動(dòng)子結(jié)合來(lái)介導(dǎo)這些不同的反應(yīng)。一些蛋白質(zhì)會(huì)降低基因表達(dá)，而另一些則相反。

“蛋白質(zhì)之間存在大量的交叉通訊，植物中含有大量基因，這些基因是生長(zhǎng)素的目標(biāo)，”Nemhauser說(shuō)。“這使得解讀植物細(xì)胞中的基本生長(zhǎng)素'代碼變得非常困難。”

因此，Nemhauser的團(tuán)隊(duì)從植物細(xì)胞轉(zhuǎn)向萌芽酵母 - 單細(xì)胞真菌和流行的實(shí)驗(yàn)室工具。研究人員設(shè)計(jì)酵母細(xì)胞來(lái)表達(dá)對(duì)生長(zhǎng)素有反應(yīng)的蛋白質(zhì)，因此他們可以測(cè)量生長(zhǎng)素如何改變它們也插入細(xì)胞的關(guān)鍵植物基因的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)。從本質(zhì)上講，他們陪審團(tuán)操縱酵母以響應(yīng)生長(zhǎng)素。對(duì)于Nemhauser來(lái)說(shuō)，這是一種簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)變方式，具有潛在的巨大收益。“我們改變了這個(gè)問(wèn)題的視角，”Nemhauser說(shuō)。“通過(guò)將植物生長(zhǎng)素反應(yīng)問(wèn)題從植物中解決出來(lái)并逐片重建，我們能夠找到最重要的部分。”

Nemhauser的團(tuán)隊(duì)可以在修飾的酵母細(xì)胞中引入不同的生長(zhǎng)素反應(yīng)蛋白，每次都測(cè)量它們?cè)谏L(zhǎng)素存在下如何修飾基因表達(dá)。他們的實(shí)驗(yàn)揭示了生長(zhǎng)素信號(hào)傳導(dǎo)的基本“代碼” - 抑制或激活蛋白質(zhì)的特定組合如何與生長(zhǎng)素，DNA和彼此結(jié)合以影響細(xì)胞行為。例如，他們的酵母實(shí)驗(yàn)表明，基因激活蛋白ARF19必須與相同的蛋白結(jié)合才能完全開(kāi)啟基因。另一方面，許多基因沉默蛋白不需要伙伴來(lái)關(guān)閉基因。

這些和其他簡(jiǎn)單的規(guī)則只在Nemhauser團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的酵母系統(tǒng)中清楚地顯示出來(lái)。他們闡明了細(xì)胞內(nèi)復(fù)雜的相互作用，產(chǎn)生了明確的生長(zhǎng)素介導(dǎo)的信息。

“這些是細(xì)胞內(nèi)因素的復(fù)雜組合，當(dāng)通過(guò)這種相互作用解釋時(shí)，會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的輸出信號(hào) - 比如'這種植物應(yīng)該投入能量來(lái)制造葉子還是根?'”Nemhauser說(shuō)。“而這一切都始于生長(zhǎng)素和生長(zhǎng)素響應(yīng)蛋白之間的復(fù)雜舞蹈。”

研究人員修改酵母以顯示植物如何對(duì)關(guān)鍵激素做出反應(yīng)Nemhauser希望這種基于酵母的工具，她與UW電氣工程教授Eric Klavins一起開(kāi)發(fā)，將揭示生長(zhǎng)素在植物細(xì)胞中的作用的更多細(xì)節(jié)。她希望知識(shí)能夠使農(nóng)民和植物遺傳學(xué)家在面對(duì)干旱和氣候變化時(shí)提高作物產(chǎn)量和恢復(fù)能力。

“這些工具可以做很多事情，因?yàn)樯锵到y(tǒng)比我們?cè)O(shè)計(jì)的任何工具都要復(fù)雜，”Nemhauser說(shuō)。“通過(guò)這些激素信號(hào)傳導(dǎo)途徑的正確工具和知識(shí)，我們將確切地知道哪些變化 - 最小和目標(biāo) - 將在作物中產(chǎn)生所需的特性。”