生物世界

向阳而生、昙花一现、花开花落……植物的生长发育离不开激素的调控。在调控过程中，并非由单一激素发挥作用，而是由多种激素相互协调、共同调节。

植物激素至少有六大类，包括生长素、脱落酸、细胞分裂素、乙烯、赤霉素和油菜素内酯等。

近日，中国科学技术大学孙林峰团队在第六大植物激素——油菜素内酯的运输领域取得重要进展。油菜素内酯穿过细胞膜的“秘密通道”被发现。

这对研究植物的生长发育调控具有重要意义。研究成果于3月22日在《科学》杂志上发表。

千“斤”一“克”，能效显著

油菜素内酯又名“芸苔素内酯”，在植物中含量极低但又十分关键，它的发现鉴定过程十分漫长且艰难。

1941年，有学者发现玉米花粉提取物可以促进大豆生长，但原理不明。29年后，科学家利用更好获取的油菜花粉再次发现这个现象，并从中提取出一种活性物质。

直到1979年，科学家通过优化纯化工艺，从227千克油菜花粉中提取了4毫克活性物质，将其命名为“油菜素内酯”。

虽然从千“斤”花粉中仅能提取一“克”油菜素内酯，但其能效却十分显著。

油菜素内酯能调控植物体的生长、伸长、开花和育种等，是一种高效广谱、无毒无害的新型植物生长调节剂。在农业生产中，微量油菜素内酯就可以显著提高经济作物的产量，帮助植物增强免疫力和抗逆性。

令科学家困惑的是，油菜素内酯仅在细胞内部合成，却需要在细胞外才能发挥作用。油菜素内酯运输过程的“秘密通道”机制始终未能阐明，这极大限制了对油菜素内酯信号调控的研究。

大胆假设 “意外”解开谜团

拟南芥是常用的研究材料，拟南芥的ABCB19蛋白一直被认为是第一大植物激素——生长素的运输蛋白，而孙林峰团队对它有了“意外”发现。

此前认为ABCB19蛋白运输的是生长素，当它被破坏后，植株会出现生长素信号缺陷的特征。

油菜素内酯运输机理漫画示意图（郄明清 绘）

但孙林峰团队注意到，ABCB19蛋白缺失的突变体植株与其他的生长素运输蛋白缺失的突变体植株外形表现并不完全一致。

于是团队大胆质疑，ABCB19蛋白是否可以运输其他植物激素？

小心求证 验证猜想

蛋白“工作”的时候需要消耗能量，监测能量消耗情况，就能初步判断蛋白是否和被测物发生了反应。团队由此建立了基于蛋白能量消耗的筛选策略。

研究人员在测试的多种植物激素中发现，油菜素内酯能够显著促进ABCB19蛋白的能量消耗。

同时，团队还建立了一套利用放射性标记追踪物质运动状态的体系，就像是在被测物中植入了一个“定位仪”，可清晰检测到ABCB19蛋白运输油菜素内酯的过程。

为了能看清ABCB19蛋白的样貌，团队利用冷冻电镜技术解析了它的高分辨率三维结构。解析显示，ABCB19蛋白长得像一个可以双开口的“V形夹”，是细胞膜上一个个游动着的小“通道”。倒V字开口“捕捉”细胞内部的油菜素内酯，结合后，再以正V字开口在细胞外部打开进行“释放”。

油菜素内酯运输过程示意图

基于以上研究，孙林峰团队与比利时根特大学尤金妮娅·拉西诺（Eugenia Russinova）团队深度合作，利用植物遗传学、生理学手段，通过一代代的种植与培育，最终在植物细胞内证实了ABCB19蛋白能够运输油菜素内酯，并且正向调控植物的油菜素内酯信号。

科学“花开”，开拓未来

作为关键的植物生长促进激素，油菜素内酯广泛参与作物系列重要农艺性状的调控。

这一成果首次发现了油菜素内酯的转运蛋白，将为人们理解、利用油菜素内酯信号促进农业生产提供更多帮助，为提高农作物产量和抗逆性打开新思路。

（内容来源：中国科学技术大学）

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