植物為何會向上生長？它們有方向感嗎？
知道哪裡向上，哪裡向下對所有生物來說都非常重要。紮根於地下而讓花朵盛開在風中的植物一旦將這種極化弄錯，就會導致一系列問題。植物整個組織的極化依賴於每一個細胞的極化，然而細胞分裂會打亂極化過程。此前，科學家們一直不知道植物是如何恢復極性的。近日，來自奧地利科學技術研究所（IST Austira）的研究者解開了這一謎題的一部分：他們發現，植物細胞從母細胞那裡繼承了有關哪裡向上和哪裡向下的信息。這項由IST Austria的Jií Friml教授、第一作者Matou Glanc等合作完成的研究於12月3日發表在《自然·植物學》雜誌上。
生長素的定向轉運會在植物體內引起極化，但這種轉運又依賴於PIN生長素轉運體在每個細胞內的極性分布。這意味著每一個細胞都必須是極性組織的，這樣植物才能區分上下。然而，細胞分裂帶來了一個挑戰：在每一次分裂中，極性膜蛋白（如PIN生長素轉運蛋白）會被重定向到兩個新形成的膜上。因此，其中一個子細胞內的PIN生長素轉運體的極性會丟失。在這項新研究中，研究人員在一種新的轉基因擬南芥株系的細胞分裂過程中跟蹤了熒光PIN生長素轉運蛋白，實時觀察了PIN蛋白的變化及其在細胞分裂過程中的極性。
結果出乎意料，論文的第一作者 Matou Glanc說：「我們原本認為，細胞需要與相鄰細胞進行交流，才能正確地重建極性。因此我們首先尋找了細胞之間的信號，卻沒有找到這樣的東西。與此相反，我們發現極性是由母細胞傳遞的。」Glanc補充說：「目前還不清楚母細胞是如何『告訴』它們的子細胞上下位置的——我們仍在努力理解這一點。」
研究人員還發現，內吞作用（從細胞表面去除蛋白質的過程）對這種極性的重建至關重要。科學家以前認為，分裂後的PIN生長素轉運蛋白在「錯誤」的細胞端被內吞作用移除，並被轉運到正確的細胞端。在本項研究中，研究人員發現，錯誤放置的轉運體不是被轉運，而是被內吞和破壞掉了。新的PIN轉運蛋白被製造並插入細胞膜的正確一側。
一組激酶——PINOID及其同源體WAG1和WAG2對決定PIN轉運體的極性也至關重要，它們可以通過磷酸化化學反應修飾PIN轉運體。這三種激酶都不再起作用的植物在細胞分裂後無法重新建立極性。在這些突變體中，我們可以看到當植物極性錯了時會發生什麼：根不是順著重力向下長到土壤里，而是上下起伏並轉向。
「儘管這項研究為理解植物如何重建兩極關係提供了一些關鍵的答案，但還有更多的問題有待解決 。」Glanc說，「我們已經確定內吞和磷酸化是極性形成的關鍵步驟，而且我們已經證明子細胞的極性是遺傳自母細胞的。但是我們仍然需要找到遺傳信息的本質。這是細胞所固有的，但涉及到什麼蛋白質、脂質或糖還有待觀察。」
編譯：Max
審稿：阿淼
責編：南熙
TAG:知識百科 |