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一滴水,如何唤醒沉睡的种子?

『广西龙网摘要_一滴水,如何唤醒沉睡的种子?』责编|计永胜冯灏水是生命之源。大多数植物种子发育成熟后,往往要经历脱水、休眠的阶段,等到外界的湿度、温度等条件适宜时才开始萌发,并利用早先贮存的碳水化合物、蛋白质等...


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一滴水,如何唤醒沉睡的种子?
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植物种子是如何感知水的存在并开启新的生命循环的呢?
撰文|水寒
一滴水,如何唤醒沉睡的种子? 责编|计永胜冯灏
水是生命之源 。 大多数植物种子发育成熟后 , 往往要经历脱水、休眠的阶段 , 等到外界的湿度、温度等条件适宜时才开始萌发 , 并利用早先贮存的碳水化合物、蛋白质等物质促进幼苗的生长发育 。 比如睡莲 , 种子脱水能够在湖底休眠千年之久而不萌发 。
植物种子如何使得各种分子重新“活动”起来?这里的关键因素就是水 , 那么 , 植物种子是如何感知水的存在并开启新的生命循环的呢?
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Cell发文|图源:文献[2]
美国斯坦福卡内基科学研究所SeungY.Rhee及其合作者发现了植物中的一种全新的水分传感器——FLOE1蛋白 , FLOE1蛋白可以感知环境中水分的变化 , 引发相分离(即FLOE1蛋白在液滴和凝胶态之间的转换) , 从而调控种子萌发 。 这一成果于近期在国际学术期刊Cell上发表 。
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SeungY.Rhee团队研究方向|图源:文献[1]
“尽管大多数植物的种子具有惊人的韧性 , 但对于整个植物生命周期来说 , 从种子到幼苗的阶段是最为脆弱的 , 因为种子的萌发需要非常精确的时间调控 , 一旦启动就不可能返回到休眠状态——精灵不可能再回到瓶子里 。 ”论文第一作者YannivDorone表示 , “所以 , 像FLOE1这样的蛋白对于植物精密调控生命运行至关重要 。 ”[3]
在所有已测序的基因组中 , 超过25-75%的编码蛋白基因与任何具有已知分子功能的基因都不相似 。 为此 , SeungY.Rhee团队开发了系统地表征这类“未知”基因的方法 。 而在本研究中 , 他们着眼于寻找能够感受水分变化 , 进而调控种子萌发的关键基因 。
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关注FLOE1基因|图源:文献[2]
研究人员首先分析了公开可用的拟南芥(十字花科草本植物 , 植物学研究的模式生物)转录组数据(基因表达数据) , 发现了449个编码蛋白基因在干燥种子的表达水平高于其他组织 , 其中包含了编码14种朊病毒样(prion-like)蛋白的基因 。 而在此之中 , 研究人员注意到了一个未表征的编码——种植物特异性蛋白的基因(AT4G28300) , 将其命名为FLOE1(命名灵感来自于PhilipGlass的Glassworks第二乐章 , 同时floe又有“浮冰”的含义 , 属于相分离的水体) 。
研究人员发现 , FLOE1的基因表达水平在种子胚发育过程中逐渐上升 , 并在种子成熟干燥状态达到峰值 。 更有趣的是 , 干燥的种子在遇到水后 , 其中的FLOE1蛋白以凝集体(Condensates)形式存在 。 而在高盐环境(NaCl , 模拟脱水状态)下 , FLOE1并不形成凝集体(Dispersed) , 高盐环境解除后 , FLOE1的凝集体又出现 , 这就是相分离现象 。 这说明FLOE1蛋白的相(状态)与水分紧密相关 。
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FLOE1蛋白的状态与水的存在息息相关|图源:文献[2]
水、FLOE1和种子萌发三者又是什么关系呢?
研究人员发现 , 在高盐环境下(即脱水状态) , 正常的种子是不会发芽的 , 但是敲除FLOE1基因的种子发芽率显著上升 , 说明在干燥环境下 , FLOE1会抑制种子的萌发 。
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来源:( 知识分子 )

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原题:一滴水,如何唤醒沉睡的种子?


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