Nature揭示植物生長基因調(diào)控網(wǎng)絡
日期：2015-01-08 08:56:03
綠芽是春天來臨的征兆，但這些芽和根的生長卻是一個復雜的過程?，F(xiàn)在來自加州大學戴維斯分校和馬薩諸塞大學阿姆赫斯特分校的研究人員，第一次描述了使得植物生長的部分遺傳控制網(wǎng)絡。
木質(zhì)部（xylem）位于植物莖和根的中央部分，這些長的中空細胞充當了導管（將水分和礦物質(zhì)輸送到整個植物）和結構物質(zhì)雙重角色。木質(zhì)部的結構強度來自于次生細胞壁（secondary cell wall）。這一次生細胞壁是由三種分子構成：實質(zhì)上是糖類的纖維素及半纖維素；以及提供強度的木質(zhì)素。
一些對制造生物燃料感興趣的研究人員，希望能夠在不會太過影響木質(zhì)素的情況下，從植物材料中除去這些糖類。
加州大學戴維斯分校的研究生Mallorie Taylor-Teeples，與植物生物學助理教授Siobhan Brady，以及馬薩諸塞大學阿姆赫斯特分校的Sam Hazen一起，克隆了擬南芥中與纖維素、半纖維素以及木質(zhì)素生成相關的50個基因，篩查了它們與460多個轉錄因子，或是開啟或關閉基因表達的其他一些基因的相互作用。
在加州大學戴維斯分?；蚪M中心計算機科學家Ilias Tagkopoulos及其同事的幫助下，研究人員構建出了一個顯示不同的基因和轉錄因子如何彼此聯(lián)系的網(wǎng)絡。研究結果發(fā)表在近期的《自然》（Nature）雜志上。
Brady說：“這是第一次在一種植物中以這樣的水平闡明這樣的網(wǎng)絡。它有助于我們思考如何來操縱和控制這些網(wǎng)絡。”
“值得注意的是，這一網(wǎng)絡中包含大量的‘前饋回路’，” Brady說。舉一個前饋回路的例子，轉錄因子X作用于Y因子，后者轉而對Z基因起作用。而X也可以直接對Z起作用。這樣的系統(tǒng)在其他的控制網(wǎng)絡中已被人們所熟知，其可以在沒有中央核心調(diào)控因子的情況下降低隨機“噪音”，精細協(xié)調(diào)不同的步驟。
研究人員還研究了這一系統(tǒng)對于不同類型的環(huán)境變化所做出的反應。例如，奪去根細胞的鐵離子可促進木質(zhì)素生成，木質(zhì)素可提高鐵攝取。但將細胞暴露于鹽中則可引起不同的反應：木質(zhì)部細胞會發(fā)生增殖來增加水輸送。
Brady說，了解影響木質(zhì)素、纖維素和半纖維素含量的控制網(wǎng)絡，最終有助于植物育種者們構建出最適合于實現(xiàn)生物燃料生產(chǎn)的品種。
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