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新的研究揭示了植物是如何通过调节生长抑制激素来生存的

在一个人口持续增长和气候危机的世界,粮食短缺是一个迫在眉睫的威胁。为了减轻这种威胁,农作物科学家、植物学家、基因工程师和其他一些人一直在探索提高作物产量和恢复能力的方法。控制植物生长和生理的一种方法是调节“植物激素”的水平。

然而,关于植物中这种激素调节的机制仍有很多未知,限制了这方面的进展。现在,在日本名古屋大学领导的一项研究中,一组科学家发现,以水稻为研究模型,一个被称为“变构调节”的过程参与了维持植物体内激素平衡。他们发表在《自然通讯》上的发现可能是显著推进植物生长和发育研究的关键,为粮食安全提供了一种潜在的解决方案。

植物通过控制酶的水平来驱动赤霉素和生长素两种植物激素的合成,从而使它们的发育和生理适应周围环境而生存。酶是与一种或多种反应物结合并加速反应过程的蛋白质。结合位点称为激活位点。1961年,人们发现在细菌中,酶的活性是通过变构调节而增强或抑制的。变构调节本质上是一种叫做“效应体”的分子在酶的活性部位以外的地方结合。在变构调节中,酶的结构改变以支持或阻碍酶使之发生的反应。

名古屋大学的教授宫古岛Ueguchi-Tanaka团队的首席科学家已经观察到变构调节植物中首次解释说他们的研究发现,“我们使用x射线晶体学技术和发现,作为酶的分子(赤霉素2-oxidase 3 [GA2ox3],和生长素加双氧酶(DAO))绑定到赤霉素和生长素(分别),他们之间的相互作用,形成“multimeric”结构,分别由四个单元和两个单元组成。随着赤霉素和生长素含量的增加,酶的多聚化速率也随之增加。而多聚化提高了酶的活性,使赤霉素和生长素能更好地降解。同步结构变化和活性增强是典型的变构调节事件。”

科学家进一步对GA2ox3和DAO进行了“系统发育”分析,发现植物在进化过程中分别在三个不同的时间点独立发展了这种激素调控机制。

上口教授对这些发现的未来前景充满热情,他说:“这里揭示的活性控制系统可以用来人为地调节植物中生长失活激素的活性。”因此,水稻作物的产量可以提高,在发生粮食短缺或环境危机时,可以生产高生物量植物。”

当然,这项研究目前只是一个垫脚石,对于这项研究的发现如何在农业土地上实际应用,还有很多工作要做。然而,这些发现肯定是鼓舞人心的,它们标志着由生物技术进步推动的可持续发展新时代的到来。

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