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生物学家研究帮助小麦对抗真菌的酶

2019-03-12 09:08:49 • 来源：

IM Sechenov第一莫斯科国立医科大学的科学家和他们的俄罗斯同事一起研究了小麦植物对致病真菌造成的损害的反应。他们检查了与感染有关的细胞死亡所涉及的酶的活化。研究结果和酶分类发表在国际分子科学杂志上。植物对有害微生物(病原体)的抗性主要由DNA编码的一组酶决定，这些酶参与感染细胞的死亡并防止感染扩散。这种提供蛋白质分解的酶称为蛋白酶。

生物学家研究帮助小麦对抗真菌的酶

尽管小麦在农业和科学(包括生物技术)中的重要性，但这些植物对病原体的反应仅在一般情况下被描述(例如，在这两篇论文中)，而没有关注特定蛋白质。该研究的复杂性指的是小麦与大多数其他植物一样是多倍体的事实。这意味着每个细胞都有几组染色体。就小麦而言，这归因于Tríticumaestívum(农业中使用的小麦品种)是通过小麦(Triticum Urartu)，山羊草(Aegilops tauschii)和相关物种的杂交来培育的。因此，小麦基因组很复杂，含有107,000个基因 - 几乎是人类基因组的五倍。

小麦暴露于各种病原体(细菌，病毒，真菌)，线虫(蛔虫)和昆虫。其中一些寄生在活的植物细胞上，减缓它们的生长(生物营养病原体)，另一些则以导致其死亡的细胞含量为食(死亡的病原体)。

科学家使用了两种病原体：一种导致小麦叶锈病的生物营养病原体(Puccinia recondita)和一种损害叶片，头部和谷粒的坏死性病原体(Stagonospora nodorum)。生物学家研究了“Khakasskaya”和“Daria”小麦品种，以了解真菌感染植物的影响。他们使用了一种结合液相色谱的特定方法和质谱。液相色谱法是一种用于鉴定通过填充有吸附剂的管中的液体流动的物质混合物的技术。由于物质被不同程度地吸收，混合物被分成组分。质谱法是一种基于质荷比将中性原子和分子电离成带电离子的技术。这使得甚至可以精确地确定复杂的有机化合物。

科学家们总共发现了1,544种酶，它们属于五种催化类型的蛋白酶：丝氨酸，半胱氨酸，天冬氨酸，苏氨酸和金属蛋白酶。他们确定不同植物品种中常见的蛋白酶比例低于预期(约60%对79.3%)。然而，差异(约40%)在几种类型的蛋白酶之间几乎相等地分开，表明这些酶可能彼此替代。

蛋白酶的研究有助于预测其结构中的特定位点。这些区域中的水解过程可以在蛋白水解级联过程中被激活。这种连锁反应使生物体能够快速激活许多酶，从而帮助它抵抗感染。

“我们首先发现，在受感染的植物中发现的蛋白酶活化不涉及具有半胱天冬酶样或类似胱氨酸蛋白酶活性的酶。尽管早期认为这种蛋白酶引发蛋白水解级联活化，导致植物生物体的细胞死亡我们得出的结论是，其他一些独特的蛋白酶可能参与了小麦对生物营养和死体营养病原体感染的早期反应。当然，这个结果应该通过替代方法进行实验证实，“分子医学研究所所长Andrey Zamyatnin教授说。 (Sechenov大学)，该文章的共同作者。

酶的详细研究允许澄清它们的分类。科学家已经描述了几组酶的同源物(最相似的蛋白质)，并阐明了这些酶在系统发育树中的位置(它显示了蛋白质之间的进化距离)。例如，科学家已经确定属于不同类型的天冬氨酸蛋白酶的程度不同，以至于它们可能不相关，而是独立地获得了类似的功能。

该研究还有助于阐明关于触发植物细胞死亡的具体机制的想法。已知动物中的一种主要凋亡调节剂是半胱天冬酶 - 蛋白水解酶，其启动细胞破坏成单独的元件。一些动物半胱天冬酶在其他动物中引入切割，从而发出信号，表明是时候开始细胞死亡。

“程序性细胞死亡的发现通常被称为细胞凋亡(希腊语'脱落')不仅获得了诺贝尔奖，而且还决定了未来几十年大量研究团队的科学议程。本世纪，很明显，尽管有程序性细胞死亡的现象，植物没有半胱天冬酶。然而，人们发现植物中有其他具有半胱天冬酶活性的酶。最有可能的是，它们就像动物一样执行细胞死亡过程在植物细胞中。然而，我们的研究表明：在植物细胞死亡活性剂在小麦有没有胱天蛋白酶样活性的酶，它确认的程序不同的机制再次存在Zamyatnin教授总结说：“真核生物体内的细胞死亡 ”。

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