PNAS：找到生長(zhǎng)素作用的玄機(jī)
日期：2014-03-27 08:51:08
植物的葉片形狀千變?nèi)f化，有披針形、矛形、腎形、菱形、箭頭形、卵形、圓形、勺形、心形、淚珠形、鐮刀形等等。這些形狀的生成取決于植物生長(zhǎng)素的分配，而生長(zhǎng)素決定著植物細(xì)胞分裂和伸長(zhǎng)的速度。
為何一個(gè)簡(jiǎn)單的分子能夠塑造如此復(fù)雜多變的形狀呢？因?yàn)樯L(zhǎng)素能與大量控制基因表達(dá)的蛋白相互作用，施加自己的影響。近年來，人們發(fā)現(xiàn)了越來越多這樣的蛋白，生長(zhǎng)素的信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制也越發(fā)復(fù)雜起來。
現(xiàn)在，華盛頓大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)生長(zhǎng)素信號(hào)網(wǎng)絡(luò)中的蛋白進(jìn)行研究，找到了理解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵所在。這項(xiàng)研究于三月二十四日發(fā)表在美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊PNAS雜志上。
研究人員解析了一個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子的晶體結(jié)構(gòu)。他們發(fā)現(xiàn)，該蛋白的互作區(qū)域折疊起來，形成分別帶正負(fù)電荷的兩面，就像一個(gè)磁鐵。這樣的結(jié)構(gòu)區(qū)域允許蛋白相互吸引，形成長(zhǎng)鏈或寡聚物。文章的資深作者，助理教授Lucia Strader指出，通過這些鏈的長(zhǎng)度變化，植物可以精密調(diào)節(jié)不同細(xì)胞對(duì)生長(zhǎng)素的應(yīng)答，產(chǎn)生細(xì)微的結(jié)構(gòu)差異。
塑造葉片形狀只是植物生長(zhǎng)素多種作用中的一個(gè)，其他還包括幫助植物向光源彎曲、根系向下生長(zhǎng)、枝條向上生長(zhǎng)、和果實(shí)發(fā)育等等。“吲哚3乙酸（IAA）是最強(qiáng)力的植物生長(zhǎng)素，幾乎涉及了植物生活史的方方面面，”Strader說。
在生長(zhǎng)素及其影響的基因之間，涉及了大量的蛋白。研究人員指出，這些蛋白組合在每個(gè)細(xì)胞中都不同，整個(gè)系統(tǒng)相當(dāng)復(fù)雜。為了進(jìn)一步理解這一系統(tǒng)，文章的第一作者David A. Korasick獲得了轉(zhuǎn)錄因子ARF7的晶體結(jié)構(gòu)，該蛋白可幫助擬南芥向光源彎曲。
據(jù)介紹，此前的抑制子-轉(zhuǎn)錄因子互作模型已經(jīng)建立了15年之久。人們一致認(rèn)為抑制子平躺在轉(zhuǎn)錄因子上，抑制子的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域分別與轉(zhuǎn)錄因子的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域配對(duì)。而Korasick建立的結(jié)構(gòu)模型顯示，ARF7的兩個(gè)結(jié)構(gòu)域折疊在一起，形成像磁鐵一樣的互作區(qū)域。他們將這個(gè)擁有正電和負(fù)電兩面的互作區(qū)域稱為PB1結(jié)構(gòu)域。據(jù)介紹，真菌、動(dòng)物和植物都具有這樣的結(jié)構(gòu)域。
研究人員指出，同樣擁有PB1結(jié)構(gòu)域的抑制蛋白，可以與這種轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合。研究顯示，轉(zhuǎn)錄因子PB1結(jié)構(gòu)域的兩面必須各結(jié)合一個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，才能夠抑制生長(zhǎng)素對(duì)它的影響。
這就意味著，抑制蛋白與轉(zhuǎn)錄因子此前的一對(duì)一模型是錯(cuò)誤的，Strader 說。“這樣的相互作用不只局限在兩個(gè)蛋白之間，可能涉及了數(shù)百個(gè)蛋白。”
例如，在Korasick的晶體結(jié)構(gòu)中，五個(gè)ARF7的PB1結(jié)構(gòu)域相互連接，形成了一個(gè)五聚體。“我把PB1結(jié)構(gòu)域看成是磁鐵，”Strader說。“它們能夠前后顛倒著相連，形成長(zhǎng)鏈。”
研究人員指出，隨著植物的進(jìn)化，生長(zhǎng)素的信號(hào)傳導(dǎo)系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜。舉例來說，與復(fù)雜的大豆相比，簡(jiǎn)單苔蘚的信號(hào)傳導(dǎo)蛋白就少得多。這說明生長(zhǎng)素信號(hào)傳導(dǎo)對(duì)植物相當(dāng)重要，Korasick說。
ViaFect轉(zhuǎn)染試劑
“植物和動(dòng)物的差異在于，”Strader說。“植物具有堅(jiān)硬的細(xì)胞壁。當(dāng)植物細(xì)胞決定分裂或伸長(zhǎng)時(shí)，將是一個(gè)永久性的決定，因此需要極為嚴(yán)密的控制。”
