为生根植物提供更好的染色工作

一旦我们开始着色我们的头发，我们可能会惊讶地发现我们开始与植物生物学家有一个共同的问题：为我们的根寻找合适的染料。就生物学家而言，只需要正确的化学品来测量植物根系的生长方式。现在，Salk研究所的一位研究人员发现了一种荧光染料，与其他成像技术配合使用，可以发现根系植物激素对根系生长的影响比以前认为的要多。

这项工作于2017年5月29日那一周出现在美国国家科学院院刊上，可用于许多类型的植物研究，以及更充分地了解有助于生长的激素生长素和许多其他关键的工厂流程。例如，对生长素的见解可以为生长速度更快的作物提供信息，或者有助于减轻气候变化对干旱或早花的影响。

“130多年前，查尔斯达尔文推测植物中可能存在促进生长的物质，”Salk植物分子和细胞生物学实验室成员，新论文的高级作者Wolfgang Busch副教授说。“今天我们知道这种物质是激素生长素，现代科学工具最终使我们能够深入探讨其作为植物结构和生长的主要驱动力的作用。”

关于植物的长期谜团之一就是它们如何生长，因为刚性的外部细胞壁给予它们结构支撑也会限制细胞从扩大。一个有效的解释叫做酸生长假说，即生长素告诉植物细胞将酸泵入细胞和周围细胞壁之间的空间，以触发细胞壁松动酶。正如大餐后放松腰带一样，我们的腹部空间也会膨胀，松开细胞壁会让植物细胞生长。酸化理论已被证明对植物枝条相当准确，但更难以证明根。一些研究发现，生长素实际上刺激了根中的碱化(与酸化相反)。理解这一点的一个复杂因素是pH很难在根部测量。

Salk领导的团队，包括来自维也纳的Gregor Mendel分子植物生物学研究所(Busch以前的研究所)的研究人员，开始探索根系如何生长的问题。他们知道他们首先必须克服如何测量pH值以确定酸度的问题。因此他们测试了许多他们认为可能是良好的pH敏感染料的化学品，并发现荧光化学品(缩写为HPTS)符合要求。该团队的测试证实，染料可以通过称为共聚焦激光扫描显微镜的仪器可靠地显示不同的pH值。

他们接下来着手确定pH实际上与细胞生长有关。他们在将植物幼苗浸入生长培养基中并检查其pH之前和之后测量杂草拟南芥(甘蓝的亲缘)的根中的细胞长度。在细胞开始生长之前，pH是碱性的，在生长期间pH是酸性的，并且在生长期结束时，pH恢复到其生长前的碱度。研究小组发现，他们还可以通过将根浸入酸性或碱性液体中来触发或停止生长。总之，这些实验证实酸化促进了根中细胞的伸长。

“在细胞水平上观察，像pH这样的简单化学特性是根细胞伸长的驱动力非常有吸引力，”格雷戈尔孟德尔研究所的博士后研究员，该论文的第一作者Elke Barbez说。

接下来，该团队转向了酸化是否由生长素引起的问题。为了使激素可视化，他们使用附着在与生长素结合的蛋白质上的荧光标签，然后测量正常幼苗中的细胞长度，pH和生长素水平，以及无法制造激素或无法正确响应的幼苗。。

他们的结果表明，生长素的作用比以前认为的更为复杂：在低浓度下，生长素实际上会引发酸化和细胞壁松动，从而允许根生长。但是在高浓度下，生长素引发了碱化，这抑制了生长。然而，抑制作用仅持续了两个小时。该团队的工作提供了一个线索，为什么以前的研究如此混乱或矛盾：在太短暂的时间尺度，生长素的双重(“双相”)性质并不明显。

“我们对这些结果感到兴奋，不仅因为它们澄清了生长素信号传导的复杂性，而且因为了解这种主要植物激素在不同时间尺度下的作用对于提高作物生产力或增强根系生长的任何努力都非常重要。为缓冲植物免受干旱，“Busch补充道。

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