科学家解开植物生长背后50年的谜团

由加州大学河滨分校领导的一组研究人员首次证明了一种小分子将单个细胞变成像树一样大的东西的方法。半个世纪以来，科学家们已经知道所有植物都依赖于生长素这一分子来生长。直到现在，他们还不清楚生长素是如何促进生长的。

生长素这个词来源于希腊语“auxein”，意思是“生长”。生长素用于协调植物生长的主要途径有两种，其中之一现已在《自然》杂志的一篇新文章中进行了描述。

植物细胞被包裹在壳状细胞壁中，其初级层具有三种主要成分：纤维素、半纤维素和果胶。

“纤维素就像高层中的钢筋，提供了广泛的强度基础。它由半纤维素链增强并由果胶密封，”UCR 植物学教授兼研究团队负责人杨振彪说。

这些成分定义了植物细胞的形状，导致有时令人惊讶的形成，例如杨过去二十年一直在研究的拼图形状的叶表皮细胞。这些形状有助于将细胞紧密地粘合在一起，并为植物提供抵抗风等元素的物理强度。一切都被细胞壁牢牢锁住了，怎么可能运动和生长呢?

一种理论认为，当植物准备好生长时，生长素会使它们的细胞变成酸性，从而松开组件之间的结合并使细胞壁软化和膨胀。这个理论是半个世纪前提出的，但直到现在，生长素如何激活酸化仍然是个谜。

杨的团队发现，生长素通过触发质子泵入细胞壁，降低它们的 pH 值来产生这种酸度。较低的 pH 值会激活一种名为膨胀蛋白的蛋白质，它的名字恰如其分，因为它会破坏纤维素和半纤维素之间的联系，从而使细胞膨胀。

将质子泵入细胞壁也会促使水吸收到细胞中，从而建立内部压力。如果细胞壁足够松散并且细胞内部有足够的压力，它就会膨胀。

“就像气球一样，膨胀取决于外部的厚度，以及你吸入的空气量，”杨解释道。“降低细胞壁的 pH 值可以让细胞外的水进入，从而增加膨胀压力和膨胀。”

有两种已知的生长素调节生长的机制。一个是杨的团队描述的 pH 值降低。另一个是生长素能够开启植物细胞核中的基因表达，从而增加细胞中扩增和其他生长调节因子的数量。

后一种机制还会降低细胞的 pH 值并促进生长。加州大学圣地亚哥分校细胞生物学教授 Mark Estelle 是该领域的领先权威。他发现并研究了另一种机制。

“杨博士最近的工作代表了我们对生长素如何调节细胞扩张的理解的重大进步。众所周知，细胞外空间的酸化促进细胞扩张，但不知道这是如何发生的，”埃斯特尔说。“看到一个老问题得到解决令人兴奋。”

说生长素只是对植物生长“有贡献”是轻描淡写的。它对植物生长和发育的几乎每个方面都至关重要，包括对农业很重要的方面，例如果实、种子和根的发育、枝条分枝和叶子的形成。即使植物对重力和光的正确反应也取决于生长素，以确保根部向下，而芽向光生长。

更深入地了解生长素不仅可以使农业和可再生能源生产受益，而且有朝一日也可以影响医学。“了解基础生物学的工作原理可能最终会对人类健康产生影响，”杨说。“随着我们知识的扩展，我们可能会了解到人类的过程是类似的。”

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！