分子'samurai剑'控制植物生长

来自AMOLF和Wageningen University&Research的研究人员使用智能模拟程序研究了一种名为katanin的植物蛋白，并在PNAS期刊上发表了他们的发现。

以日本武士刀剑命名的Katanin名副其实。该蛋白质切断基于蛋白质的微管是作为基本构建块支架的植物纤维素等。结果，微管在正确的方向上生长，引导植物细胞的进一步生长和分裂，并因此引导整个植物的发育。

延伸微管

微管长度可长达数十微米。它们位于植物细胞膜的内部并沿着细胞内部伸展。植物细胞的生长和分裂垂直于微管延伸的方向发生。“您可以将皮质微管阵列与可以展开的紧身胸衣进行比较，”Wageningen大学和研究中心(WUR)出版物和大学讲师的第一作者Eva Deinum说。“在内部，植物细胞承受相当大的压力，因此它们希望在各个方向上扩展，生长和分裂。阵列决定了发生的方向。”

自组织机制

与动物细胞相比，植物细胞非常大，其中微管的中心分布点就足够了。然而，植物需要分散和自组织的机制，仔细管理微管的生长。发现“武士刀”蛋白质katanin在这种机制中起着至关重要的作用。

不要随便切断

很长一段时间，人们认为katanin引起了更多的混乱，因为如果将微管切成两半，自由度的数量就会增加。然而，这个结论被证明是短视的。在Bela Mulder的领导下，研究人员发现蛋白质不会随意切断。它根据固定策略工作，保证所有微管都朝着正确的方向生长。

“微管的编程方式是，如果它们相互碰撞 - 因此彼此接触 - 它们会停止生长甚至开始收缩，”Mulder说。“这是该组织的基本机制。如果两个微管相互交叉而不发生碰撞，那么katanin就可以作为这个基本机制的后备 - 换句话说，如果它们不朝同一方向生长。这里，我们可以看到蛋白质通常会切断位于顶部的微管，即最后到达的管子。“

通过这些观察，研究人员解决了katanin悖论。他们已经证明katanin引导了一种选择机制，促进微管的组织 - 它们被包装在一起的紧身胸衣。

'计算机'测试

研究的一个重要方面是Mulder小组使用的模拟程序。这最初由他的前博士生Simon Tindemans开发，随后由Eva Deinum在AMOLF的博士研究期间进行扩展和完善。利用该程序，研究人员可以观察到katanin蛋白的微小变化如何导致完全不同的切断行为，从而导致完全混乱。在模拟中，该小组对各种突变对蛋白质功能的影响进行了“计算机模拟”测试。这表明只有天然的，非突变的变体才具有正确的切断策略。

Deinum表示，高仿真速度对研究的成功至关重要。“因此，我们可以比竞争研究小组快10,000倍地运行模拟。我们不仅工作得更快，而且我们还可以测试更多的外部参数和条件变化。这对我们的结果产生了质的影响例如，我们可以准确地确定kantanin蛋白促进排序的条件。“

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