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瓦赫宁根大学研究中心的科学家及其日本和西班牙同事在植物中发现了控制植物生长的“开/关”开关和“音量旋钮”。这一发现的应用可以帮助种植者设计出更能抵抗疾病、干旱或洪水等的新作物。他们的研究结果发表在《自然植物》杂志上。
研究小组表明，植物对植物激素生长素的非常复杂的反应可以简化为简单的转换模型。基本上，生长素将开关从“关闭”变为“打开”。与此同时，第二个因素与这个“开关”竞争，从而决定每个细胞对激素的敏感程度。可以说，植物对生长素的反应有多种方式，从根到开花，都是由开/关开关和音量控制决定的。
已知生长素小分子通过改变各种基因的活性来控制植物生长和发育的许多方面。 DNA 结合 ARF 蛋白与基因结合并打开或关闭它们。生长素决定了 ARF 蛋白是否有活性。大多数植物都有不同的ARF蛋白，这些蛋白是由于在进化过程中产生了多个拷贝而形成的，之后它们的特性发生了变化。所有这些导致了一个极其复杂的 ARF 蛋白网络，可以对一种激素引起不同的反应。
研究小组研究了伞苔对生长素的反应 多形花。这种植物具有最简单的生长素系统，研究人员之前在 eLife，加藤弘隆 (Hirotaka Kato) 和苏曼斯·穆特 (Sumanth Mutte) 因而荣获 2019 年瓦赫宁根研究奖。在这项新研究中 Nature Plants 该团队利用了地钱反应系统的简单性，并结合遗传学和蛋白质生物化学，精心绘制了其功能图。这揭示了两个竞争性 ARF 蛋白的简单系统，它构成了生长素系统的本质。
地钱中的 ARF1 蛋白 – 开关上标有荧光蛋白 （照片：舒巴吉特·达斯）
“我们认为我们的研究结果将从根本上改变研究人员看待重要的生长素激素功能的方式，”生物化学实验室负责人兼研究团队负责人 Dolf Weijers 说。 “此外，我们对细胞如何响应激素的认识的这一重大飞跃为我们提供了前所未有的机会，可以在细胞水平上影响作物对激素的反应。植物的繁殖、根系生长和许多其他特性都取决于对生长素的反应。”
几十年来，人们认为开花植物，包括模型植物拟南芥，使用非常复杂的反应因子系统使细胞以不同的方式对同一种激素做出反应。因此，一些细胞生长，另一些细胞分裂，还有一些细胞分化。人们还认为，相同的激素会导致根部发育和开花，具体取决于反应发生在植物中的位置。
研究小组现在描述了他们如何发现一个非常简单的原理，该原理是对植物激素生长素的复杂反应的基础。同样的原理很可能适用于拥有 ARF 蛋白大家族的其他植物物种。目前的研究告诉我们植物（包括农作物）如何对激素做出反应。
实验生物学家 Hirotaka Kato（原瓦赫宁根大学现就职于神户大学）与瓦赫宁根化学与生物物理实验室、巴塞罗那阿尔巴同步加速器和京都大学的同事合作进行了开创性的研究。该研究的部分资金来自 NWO-VICI 于 2015 年授予 Dolf Weijers 的资助。
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