在基本发育过程中将糖分子添加到对植物至关重

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  在基本发育过程中将糖分子添加到对植物至关重要的特定蛋白质中

  2015年11月23日

  在咖啡中添加一勺糖使其更甜,但在植物中,研究人员发现,向特定蛋白质添加糖分子在基本发育过程中起着惊人的多种作用。

  在今天发表在“植物杂志”上的工作中,由CSHL副教授Zachary Lippman领导的研究小组研究了某些进化上保守的酶的作用,这些酶为各种蛋白质添加了特定的糖。 Lippman和Cora MacAlister博士是新论文的第一作者,他们发现从开花芥菜植物拟南芥和苔藓Physcomitrella patens中删除这些酶的基因会导致两种物种的类似缺陷,这些缺陷在进化时间。然而,令人惊讶的是,这些缺陷导致一个物种的一部分生长得更快,而另一个物种的一部分生长速度低于正常生长。

  “这表明在不同的发育环境中用这些糖分子修饰蛋白质是多么重要”。利普曼说。人们早就知道,可以通过向它们添加糖来修饰蛋白质,并且这种添加可以改变蛋白质的功能。 Lippman和他的团队之前已经证明,一组称为羟脯氨酸O-阿拉伯糖基转移酶(HPATs)的加糖酶可控制番茄植株中的干细胞生成。缺乏基因的植物使HPAT生长出更多的花朵和更大的果实,好像已经消除了对生长的自然制动。

  Lippman和MacAlister发现HPAT基因也存在于各种植物物种中,包括在进化上古老的植物如苔藓中。 “植物在植物进化谱系的基部,如苔藓,与开花植物不具有相同的组织和器官,最近进化,因此基因的作用必须非常不同,”利普曼说。 “我们开始探索这些角色,并在两种植物物种之间进行了比较研究。”

  与番茄植物不同,删除拟南芥和Physcomitrella中的HPAT基因似乎不会影响干细胞的产生。 “令人惊讶的是,在拟南芥中,我们只看到了花粉管生长的缺陷,这是种植和种子生产所必需的。”利普曼说。当研究人员观察苔藓(Physcomitrella)时,他们看到了长丝的生长缺陷,使苔藓能够在邻近的土壤中定殖。

  相关故事独特的基因治疗方法为治疗罕见的遗传性疾病铺平了新的方法激活神经元的激活基因可以逆转雄性小鼠的抑郁症CRISPR技术可以创造出对免疫系统“看不见”的多能干细胞这两种效应都是尖端生长过程的一部分。这导致Lippman的团队提出HPAT基因的古老功能是控制尖端生长,Lippman说,这可能与对形成细胞壁至关重要的关键蛋白质有关。

  奇怪的是,研究人员发现,添加糖的HPAT基因的缺失对两个物种的尖端生长具有相反的影响。在拟南芥中,花粉管在hpat突变体中生长得太慢并且被正常的花粉管击败,而在苔藓中受影响的花丝实际上生长得更快。这种令人惊讶的差异的原因尚不清楚,但它表明HPAT酶在不同的环境中可能具有非常不同的效果。

  “这些酶就像所有行业的杰克,”利普曼说。 “它们在不同的发育环境中对不同的蛋白质进行各种靶向”。他说。它们负责将糖分子添加到许多不同类型的蛋白质中,无论它是细胞壁,还是一种小的信号肽,这是番茄中表型的原因。

  在后续工作中,现在领导她自己的密歇根大学研究小组的麦卡里斯特将尝试在苔藓和其他类似植物中确定这些加糖酶的目标。就他而言,Lippman正计划利用HPAT基因的突变来理解他们参与的其他一些过程。这可以提供有趣的见解,因为糖的添加似乎对于各种各样的过程都很重要。 “这些看似简单的糖改变对整个植物界的生长和发育有多么重要,”利普曼说。

  资料来源:冷泉港实验室