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对种子萌发最早事件的新见解

2019-12-28 09:06:43 • 来源：

植物种子可能会以不引人注目的外观吸引不经意的观察者，但它们具有超强能力。在干燥状态下，它们可以储存能量多年，然后在环境条件有利时突然释放能量以发芽。一个令人震惊的例子是死亡谷国家公园中的“超级绽放”，在干旱和炎热的沙漠中忍受了数十年的种子在降雨时突然发芽，然后在几个月后出现了罕见而壮观的沙漠绽放。种子保存完整的胚胎，只有在适当的条件下才能继续生长。可能仅在数年后才出现这种情况，或更长时间甚至在更极端的情况下甚至是几个世纪。

对种子萌发最早事件的新见解

种子的发芽受几种植物激素的控制，对此进行了深入研究。但是，对于使激素起作用所需的过程知之甚少。如何能在种子可用?能量代谢如何早期有效地开始?一个国际研究人员团队现在正在研究这些问题。

研究人员使用一种新型的荧光生物传感器在活的种子细胞中观察到了能量代谢和依赖于硫的所谓氧化还原代谢。研究人员发现，当种子与水接触时，能量代谢会在几分钟内建立起来，植物细胞的“发电站”(称为线粒体)激活了它们的呼吸作用。研究人员还发现了哪些分子开关被激活以使能量得以有效释放-所谓的硫醇-氧化还原开关起着核心作用。

领导这项研究的明斯特大学的MarkusSchwarzländer教授说：“通过研究发芽控制的早期过程，我们可以更好地了解驱动种子发芽的机制。”“将来，我们可以考虑如何将这种开关用于作物生物技术。”该研究的结果可能与耕作有关，一方面需要使种子保持尽可能长的萌发活力，另一方面也应同步发芽且损失最小。该研究已发表在《PNAS》杂志上(美国国家科学院院刊)。

为了能够观察到能量代谢中发生的活动，研究人员在显微镜下观察了细胞中能量的通用货币三磷酸腺苷(ATP)和电子能量的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)，在线粒体中。他们比较了来自拟南芥的种子：干种子和用水“吸收”的种子。

为了确定氧化还原开关对于启动发芽是否重要，研究人员使用遗传方法使特定蛋白质失活，然后将修饰种子与未修饰种子显示的反应进行了比较。研究人员允许种子在实验室中人工老化，他们发现，如果缺少相关蛋白质，则种子发芽的活性就会大大降低。

研究人员的下一步涉及所谓的氧化还原蛋白质组分析，即，他们使用生化方法检查了相关的氧化还原蛋白的整体。为此，他们分离了活跃的线粒体并对其进行了冷冻处理，以便能够直接研究该过程发生的状态。然后，研究人员使用质谱法鉴定了几种所谓的半胱氨酸肽，它们对能量代谢中的资源效率很重要。

“该过程可以比喻为大城市的交通控制系统。在交通高峰期(即发芽)开始之前，这会将大量的代谢物“带入道路”，需要打开交通灯和路由系统”;这是由硫醇氧化还原开关完成的。”主要作者Thomas Nietzel博士解释说，他在博士期间完成了大部分实验。在波恩大学作物科学与资源保护研究所工作，后来在明斯特大学植物生物学与生物技术研究所担任博士后研究员。

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