研究揭示了植物綠化所必需的難以捉摸的過程

盡管植物在地球上的生命是多么重要，但人們對植物細胞的部分如何協(xié)調(diào)生長和綠化知之甚少。通過創(chuàng)建突變植物，加州大學(xué)河濱分校的研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了科學(xué)家數(shù)十年來尋求的細胞通訊途徑。

植物和人類都有專門的光敏蛋白。在人類中，這些蛋白質(zhì)存在于視網(wǎng)膜中，讓我們可以看到。在植物中，它們被稱為植物色素，主要存在于細胞核中，作為細胞活動的主要控制因子。

當(dāng)光照射到細胞核中的植物色素時，光合作用將二氧化碳轉(zhuǎn)化為糖并促進植物生長。然后核必須向稱為質(zhì)體的子器官發(fā)送命令，將其自身轉(zhuǎn)化為葉綠體，葉綠體生產(chǎn)綠色色素葉綠素。

“細胞核就像細胞的聯(lián)邦政府，而子器官稱為質(zhì)體的功能更像是國家” UCR的孟臣，細胞生物學(xué)的副教授。他的實驗室是為數(shù)不多在全球?qū)Ｗ⒂诠饷羯卣f通信。“直到現(xiàn)在，我們還不知道細胞核是如何向質(zhì)體發(fā)送'轉(zhuǎn)綠'命令，告訴它們激活它們的光合作用基因。”

從歷史上看，部分挑戰(zhàn)是確定25,000個核基因中的哪一個負責(zé)調(diào)節(jié)細胞的綠化過程。為了找到監(jiān)管機構(gòu)，陳和他的團隊推斷，相同的基因不僅要控制植物綠化，還要控制其他過程，如高度。

“我們尋找的調(diào)節(jié)器將控制質(zhì)量，高度和顏色，”陳說。

他們采用了一種小型開花植物，其化學(xué)創(chuàng)造的植物即使暴露在光線下也無法制造葉綠體。接下來，他們尋找白化病和高大的突變體。幸運的是，Chen的團隊發(fā)現(xiàn)他們創(chuàng)造了一些具有兩種品質(zhì)的突變體。

將野生植物DNA與突變的植物DNA進行比較，使團隊能夠確定兩個負責(zé)調(diào)節(jié)綠化的基因。

研究報告的共同作者，YCR 分子生物學(xué)家，兩篇論文的第一作者Chan Yul Yoo說：“沒有這些基因的植物不能對光響應(yīng)，變成高大的白化幼苗。”

了解葉綠體發(fā)育的主要控制可能對提高作物產(chǎn)量和幫助植物應(yīng)對氣候變化的新技術(shù)產(chǎn)生深遠影響。但這一發(fā)現(xiàn)的好處并不僅限于植物。Chen的實驗室由美國國立衛(wèi)生研究院資助，因為這項工作對癌癥研究有影響。

線粒體是植物和動物細胞的發(fā)電機，它們在癌癥中起作用，因為它們參與程序性細胞死亡。細胞核和線粒體之間的通訊類似于植物細胞核和葉綠體之間的通訊。

“ 在植物中揭示細胞核 -葉綠體通訊途徑可以為人類細胞中的基因表達及其在癌癥中的錯誤調(diào)節(jié)提供新的見解，”陳說。