PNAS：植物也有記憶？

日期：2016-04-28 08:45:51

朊病毒對(duì)于我們來說可能不太熟悉，但是要提起它引起的“瘋牛病”，那可是臭名昭著，人人皆知。這種病毒又稱蛋白質(zhì)侵染因子，是一類能侵染動(dòng)物并在宿主細(xì)胞內(nèi)復(fù)制的小分子無免疫性疏水蛋白質(zhì)。所以雖然朊病毒叫做病毒，但它卻與病毒完全不同，只有蛋白質(zhì)而無核酸。

大家對(duì)朊病毒的印象主要停留在動(dòng)物和細(xì)菌中，然而去年的一項(xiàng)研究指出草類植物可以結(jié)合、吸收和輸送具有傳染性的朊病毒，同時(shí)美國國家野生動(dòng)物健康中心發(fā)現(xiàn)苜蓿、玉米與番茄能被鹿群“慢性消耗性疾病”的感染性、畸形蛋白質(zhì)朊病毒傳染，從而引發(fā)了這方面的熱議。

近期來自Whitehead生物醫(yī)學(xué)研究所的一組研究人員發(fā)現(xiàn)一種植物蛋白在插入到酵母中后，其功能就會(huì)變得像是朊病毒一樣。研究人員推測(cè)，這種錯(cuò)誤折疊的蛋白可能可以解釋植物如何存儲(chǔ)和傳遞記憶的。

這一研究成果公布在4月25日《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS）雜志上。

來自德國波恩大學(xué)植物智力研究專家Frantisek Baluska（未參與此項(xiàng)研究）認(rèn)為這項(xiàng)研究十分重要，“事實(shí)上，我很期待在植物中發(fā)現(xiàn)朊病毒，”他說。

每年春天，植物都能根據(jù)水合作用、溫度和具有冬季記憶的春化作用等因素而開花。但是科學(xué)家們對(duì)于植物記憶的分子機(jī)制并不十分了解。

在這篇文章中，研究人員利用一種專門用于分析酵母朊病毒樣蛋白質(zhì)域的算法，篩選了擬南芥的整套蛋白質(zhì)的序列。從中識(shí)別出了474個(gè)候選蛋白，之后他們把篩選結(jié)果縮小到了3種涉及開花相關(guān)基因表達(dá)的蛋白，使用酵母計(jì)算方法測(cè)試了這些蛋白質(zhì)的朊病毒樣屬性。

在這些蛋白中，Luminidependens (LD)滿足了一種朊病毒的某些定義標(biāo)準(zhǔn)，即：維持一種低聚物自我復(fù)制狀態(tài)的能力，可以在實(shí)驗(yàn)室中持續(xù)而可遺傳地改變一種相關(guān)酵母蛋白質(zhì)域的功能。此外，當(dāng)移植到酵母朊病毒Sup35的時(shí)候，LD朊病毒域取代了這種酵母朊病毒域的功能，這表明LD可能是一種真正的朊病毒，而且很可能是首次發(fā)現(xiàn)來自植物的朊病毒。

研究人員表示，植物區(qū)分冬季和非季節(jié)性寒潮的能力可能與諸如LD等蛋白有關(guān)，這類蛋白質(zhì)可能幫助觸發(fā)或調(diào)控了與春化和開花有關(guān)的表觀遺傳學(xué)變化。

這項(xiàng)研究或首次在植物中發(fā)現(xiàn)了朊病毒樣蛋白，為了驗(yàn)證這一結(jié)果，研究人員還需要進(jìn)一步更多的實(shí)驗(yàn)。研究組在該篇論文中也提出了這些錯(cuò)誤折疊的蛋白也許能作為植物記憶的一種基本形式。

威斯康星麥迪遜大學(xué)的植物生物化學(xué)家Richard Amasino（未參與此項(xiàng)研究）表示，雖然這種作用還是推測(cè)，但“如果能發(fā)現(xiàn)植物正常發(fā)育過程中，一些朊病毒樣蛋白的行為，那么真是一項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)。”