植物生物学家发现植物对激素反应的简单原理

    在一项新的研究中，来自荷兰瓦赫宁根大学和研究机构的研究人员以及日本和西班牙的同事发现了一种控制植物生长的简单机制。这些发现的实施可以帮助种植者设计出对疾病，干旱或洪水具有抵抗力的新作物。他们在5月15日的《自然植物》中发表了他们的发现。

    研究小组表明，对植物激素生长素的极为复杂的反应可以简化为一个非常简单的开关样模型。基本上，生长素将一个基因开关从“关闭”切换到“打开”，同时，第二个因素与此开关竞争，从而确定每个细胞对激素的敏感性。因此，植物细胞对植物生长素的多种反应方式，无论是根枝还是花朵的形成，都取决于通/断开关与音量控制旋钮的组合。

    生长素小分子已知可以控制植物生长和发育的许多方面，并通过改变许多基因的活性来控制植物生长和发育。与DNA结合的ARF蛋白与基因结合并打开或关闭这些基因，而生长素决定ARF蛋白是否具有活性。大多数植物具有许多不同的ARF蛋白质副本，这些副本来自进化过程中的复制基因，随后是其特性的变化。接下来是非常复杂的ARF蛋白网，可以触发对相同激素的独特应答。

    研究小组研究了地草多形马氏菌的生长素反应系统。正如研究人员在eLife上一篇较早的论文中所描述的那样，这种植物是一种早期的陆地植物，具有最简单的植物生长素应答系统，该论文导致Wageningen研究奖于2019年授予Hirotaka Kato和Sumanth Mutte。现在，“自然植物”团队利用了Marchantia生长素应答系统的极其简单性，并通过遗传学和蛋白质生物化学相结合的方法对其工作进行了剖析。这项工作揭示了两种相互竞争的ARF蛋白的非常简单的设计，将其作为生长素系统的核心。

Marchantia中的ARF1蛋白带有荧光蛋白（照片：Shubhajit Das）

生长素的基本观点改变

  “我们相信，我们的发现将从根本上改变研究人员观察重要生长素激素工作方式的方式，”生物化学实验室负责人，研究团队负责人Dolf Weijers说。“与此同时，我们对细胞如何响应激素的理解的这种飞跃提供了前所未有的新能力，可以改变农作物的细胞激素反应，其中植物的繁殖，生根和许多其他依赖植物生长素反应的性状。”

被复杂性愚弄

    数十年来，对开花植物（包括模型植物拟南芥）的研究提出了这样的想法，即植物使用非常复杂的反应因子网络来允许不同的植物细胞以不同的方式对相同的激素作出反应。这样，某些细胞将生长，其他细胞分裂，而另一些则分化。还认为允许相同的激素触发根的形成和花的形成，这取决于植物对激素的反应发生的位置。现在，研究小组描述了他们对植物激素生长素的复杂反应所依据的非常简单原理的发现。相同的简单原理很可能在具有大家族ARF蛋白的其他植物物种中起作用。因此，本研究有助于更好地了解植物（包括农作物）对激素的反应。

    对于开创性的研究，实验生物学家Hirotaka Kato（曾在Wageningen大学，现在在神户大学）与Wageningen化学和生物物理实验室的同事，巴塞罗那的Alba Synchrotron以及京都大学的同事合作。这项研究部分由2015年授予Dolf Weijers的NWO VICI资助。（资料来源：瓦赫宁根大学与研究）