如何从单细胞变成一棵树?探究生长素之谜

2021年11月21日 10:49 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

由美国加州大学河滨分校(UCR)领导的一个研究小组,近日首次成功证明如何通过一个小分子,将一个单细胞变成像树一样大的东西的一种方式。半个世纪以来,科学家达成的共识之一是所有的植物都依赖生长素(auxin)进行生长。而最新研究则首次了解到生长素是如何让植物生长的。

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生长素(auxin)来自于希腊语“auxein”,意思是“生长”。生长素用来协调植物生长的主要途径有两条,现在《自然》杂志的一篇新文章对其中一条进行了描述。

植物细胞被包裹在壳状细胞壁中,其主要层有三个主要成分:纤维素、半纤维素和果胶。UCR 植物学教授和研究小组负责人杨振标(Zhenbiao Yang,音译)表示:“纤维素的作用就像高层建筑中的钢筋,提供了一个广泛的强度基础。它由半纤维素链加固,并由果胶密封”。

这些成分定义了植物细胞的形状,导致有时令人惊讶的形成,如杨振标在过去 20 年里一直在研究的拼图式叶表皮细胞(leaf epidermis cells)。这些形状有助于将细胞紧密地粘在一起,并为植物提供物理强度,以抵御风等元素。

在一切都被细胞壁紧紧锁住的情况下,运动和生长是如何实现的?

一种理论认为,当植物准备生长时,生长素会使它们的细胞变酸,松开各部分之间的联系,使细胞壁软化和膨胀。这一理论是在半个世纪前提出的,但直到现在,生长素如何激活酸化仍然是个谜。

杨的团队发现,生长素通过触发质子泵入细胞壁,降低其 pH 值来创造这种酸度。较低的 pH 值激活了一种蛋白质--扩张素(expansin),它的名字很恰当,因为它能分解纤维素和半纤维素之间的联系,使细胞得以扩张。

质子泵入细胞壁也促使水被吸收到细胞内,形成内部压力。如果细胞壁足够松,细胞内有足够的压力,它就会膨胀。杨解释说:“就像一个气球,膨胀取决于外部有多厚,与你吹入的空气有多少。降低细胞壁的pH值可以让细胞外的水进入,促进细胞urgor压力和膨胀”。

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