在芽和根中与生物钟同步的小蛋白质

时间:2020-04-27 22:11 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

在芽和根中与生物钟同步的小蛋白质

五年前,农业基因组学研究中心的研究人员(岩)由CSIC马斯帕洛玛研究教授做出了突破性的发现,植物的生长末梢的生物钟拍摄功能类似于哺乳动物大脑的时钟,它在这两种情况下能够同步远端器官细胞的日常节奏。从这一开创性的发现开始,植物研究人员就一直渴望发现一种信使分子,它可以从植物的茎部传递到根部,从而协调这些节奏。答案已经由Paloma Mas的团队和来自日本、英国的合作者发表在《自然植物》杂志上他们已经确定了一种名为ELF4的小型必需时钟蛋白作为必需的信使。此外,通过一系列巧妙的实验,研究人员发现这种分子的运动对环境温度很敏感。

昼夜节律钟是由蛋白质的活动来控制的

大多数生物,包括人类和植物,都有一个内在的生物钟,使它们能够预测和适应24小时地球循环所产生的环境变化。在植物中,这个生理时钟对于设定发芽、生长和开花等过程的时间至关重要。昼夜节律钟是由一组细胞蛋白构成的,其数量和活动每天都在变化。发现这一机制的研究人员获得了2017年的诺贝尔生理学或医学奖。

每一个植物细胞都有一个昼夜节律钟,也就是说,所有需要的机制都使它的反应适应24小时的周期。然而,正如CRAG的研究人员在《细胞》(2015)杂志上发表的一篇开创性文章中所说,植物和哺乳动物一样,也有一个主生物钟,它与散布在植物各处的周围时钟同步。CSIC教授Paloma Mas解释说:“我们知道有一个昼夜节律信号从嫩枝传到根部,但我们不知道这个信号的性质。可能是荷尔蒙,光合产物…现在,我们发现它是昼夜节律钟的核心蛋白,在植物的血管系统中活动。”

研究人员设计了拟南芥模型植物的嫁接实验,将不同的嫩枝连接到几个时钟不能正常工作的根上。这些实验使他们能够识别时钟蛋白ELF4,这是一个解释“早花期”的首字母缩写,它是一种从嫩枝到根部传递昼夜节律信息的信使。

在芽和根中与生物钟同步的小蛋白质

ELF4将温度信息传递给根部

任何经历过时差的人都知道,昼夜节律钟能够在环境光线的提示下自我重置,让身体在几天内适应新的时区。就像昼夜节律钟可以与环境光同步一样,它也可以整合有关环境温度的信息。

为了辨别ELF4蛋白是否传递光或温度变化的信息给根,研究人员测试了ELF4在不同环境条件下的运动。他们发现,在较低的温度(12C)下,ELF4从芽到根的迁移是有利的,这导致了慢节奏的根时钟。相反,当实验在更高的温度(28C)下进行时,他们观察到的ELF4运动更少,这导致更快的根时钟。这一新描述的机制可以为优化根对温度变化的响应提供优势。

知识生活在一个气候变化的世界

这项研究可能在不久的将来产生影响。“气候变化和相关的高温正在导致干旱,这已经影响了农业的作物产量。了解植物的基因和蛋白质,使其生理机能适应环境条件,这将使我们设计出更好的适应作物,这将是确保粮食安全的关键,”CRAG研究员Paloma Mas解释说。

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