一項新的研究表明，進化為檢測煙霧的植物分子如何被改編為豌豆植物的激素傳感器。這對農(nóng)作物和綠色植物具有廣泛的影響。

野火是毀滅性的，但它們也可以通過清除現(xiàn)有植被并讓新植物長出來帶來新的生命。火災(zāi)多發(fā)地區(qū)的許多植物實際上需要暴露在火中才能使種子發(fā)芽。在過去的十年中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了一種古老的受體蛋白，它可以檢測燃燒植物材料產(chǎn)生的煙霧中稱為 karrikins 的分子。這種名為 KAI2 的“煙霧探測器”蛋白啟動分子信號，加速種子發(fā)芽。

奇怪的是，KAI2 蛋白也出現(xiàn)在各種不生活在火區(qū)的植物物種中。現(xiàn)在，由 Nitzan Shabek 教授和加州大學(xué)戴維斯分校植物生物學(xué)系 Shabek 的研究生 Angelica Guercio 領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員揭示了豌豆植物中的這些受體，表明它們在感知植物中的生長激素方面也發(fā)揮了作用。這項工作于 2 月 11 日發(fā)表在Communications Biology上。

研究人員之所以研究豌豆，是因為它們屬于豆科植物，豆科植物是開花植物科之一，包括幾種農(nóng)作物。豆類有能力通過與微生物共生來“固定”空氣中的氮。

他們發(fā)現(xiàn)原始的 KAI2 基因在豆科植物進化的早期就被復(fù)制，產(chǎn)生了兩個基因，KAI2A 和 KAI2B。他們使用遺傳學(xué)、生物化學(xué)和蛋白質(zhì)晶體學(xué)的各種先進技術(shù)，發(fā)現(xiàn)這兩種受體對不同的配體有反應(yīng)，其中 KAI2B 具有特別廣泛的范圍，包括一類新興的植物激素，稱為獨腳金內(nèi)酯。利用結(jié)構(gòu)生物學(xué)，他們還能夠以原子分辨率確定 KAI2 酶與獨腳金內(nèi)酯分子反應(yīng)的新催化中間體。

“與我們的合作者一起，我們能夠?qū)⑽覀儚?KAI2 受體的原子結(jié)構(gòu)和質(zhì)譜檢測中獲得的發(fā)現(xiàn)與植物實驗相結(jié)合，以揭示這些受體在進化過程中如何分化，不僅可以感知激素，還可以準確地催化它們， ”沙貝克說。

獨腳金內(nèi)酯作為植物激素

眾所周知，獨腳金內(nèi)酯會影響植物的多種過程，包括根和芽的生長，以及根網(wǎng)絡(luò)如何對土壤中的真菌和微生物作出反應(yīng)。通過這項新工作，該團隊能夠更好地了解神秘的 karrikin 信號通路及其受體在非火相關(guān)植物中的作用。Shabek 說，這一領(lǐng)域?qū)Χ箍浦参锏霓r(nóng)業(yè)系統(tǒng)和糧食生產(chǎn)具有深遠的影響，并且對整個綠色植物群也有影響。

這項工作是與法國凡爾賽巴黎薩克雷大學(xué)的 Alexandre de Saint Germaine、Catherine Rameau 和 Fran?ois-Didier Boyer 以及德國慕尼黑大學(xué)的 Caroline Gutjahr 正在進行的合作的一部分。該論文的其他作者是：Salar Torabi David Cornu、Marion Dalmais、Abdelhafid Bendahmane、Christine Le Signor、Jean-Paul Pillot 和 Philippe Le Bris。