植物感知方向的定位器—重力信号传导的关键机制揭晓

　　生物是在重力作用下进化的，许多生物通过特殊细胞中的“平衡石”来感知重力的方向。在开花植物中，重力感应机制长期以来被认为是淀粉体将力传递给细胞内结构的机械感应过程，但其分子机制未明。日本国立基础生物学研究所(NIBB)的Miyo Terao Morita教授领导的一项开创性研究揭示了信号蛋白从淀粉体到质膜的易位是破译这一神秘机制的关键

　　

生物是在重力作用下进化的。许多生物通过特殊细胞中的“平衡石（statoliths）”的运动来响应相对于重力矢量的倾斜，从而感知重力的方向，实现重力感应。

无论种子如何摆放，发芽的植物器官都会根据重力矢量的方向生长，根向重力方向生长，而芽向相反方向生长。通常认为，在开花植物中，高密度的细胞器——淀粉积累质体，即淀粉质体，在重力感应细胞内像平衡石一样朝着重力方向沉降，促进后继生长的方向性。尽管这种重力感应机制意义重大，但淀粉体如何将力传递给细胞内结构的机械感应过程机制未明，让科学家们困惑了一个多世纪。

日本国立基础生物学研究所(NIBB)的Miyo Terao Morita教授领导的一项开创性研究揭示了信号蛋白从淀粉体到质膜的易位是破译这一神秘机制的关键。这项名为“与重力感应相关的细胞极性是由LZY从平衡石到质膜的易位产生的”的研究，现在可以在《科学》杂志上在线阅读。他们发现LAZY1-LIKE (LZY)家族蛋白参与了与淀粉体及其近端质膜相关的平衡细胞重力信号传导，这导致了根据重力方向的极定位。他们提出了一种重力感应机制，LZY向质膜的易位通过传递淀粉体位置的信息来发出重力方向的信号。

多年来，研究人员对重力感应机制进行了推测，提出了力感应模型和位置感应假说等假设。然而，直到现在，这两种观点的确切证据仍然难以捉摸。在Miyo Terao Morita早期的工作中，研究小组发现拟南芥LAZY1-LIKE (LZY)蛋白在重力信号转导中起着至关重要的作用，在重力一侧的质膜上具有极性定位。然而，建立这种显著定位的确切机制仍然未知。

研究小组通过尖端的活细胞成像技术，包括垂直阶段显微镜和光学镊子，取得了重大突破。他们发现LZYs不仅定位在淀粉体附近的质膜上，而且也定位在淀粉体本身。NIBB助理教授、该研究的第一作者Takeshi Nishimura解释说:“LZYs的质膜定位让我们感到惊讶，因为它是由淀粉体靠近膜产生的。”

NIBB的助理教授Hiromasa Shikata补充说:“我们证明了质膜和淀粉体的定位对于根的重力信号是必要的，这表明了它在这个过程中的基本作用。”

Miyo Terao Morita教授进一步强调，“LZYs作为信号分子，将位置信息从淀粉体传递到质膜，在质膜上发生生长素运输的调节。”这一发现为“位置传感器假说”提供了强有力的支持，该假说解释了植物通过平衡石和质膜之间的接近或接触来感知重力。

LAZY1最初被确定为水稻向地性突变的负责基因。它的对应物在各种陆地植物中都有保留，这表明了它们的基本意义。在包括农作物在内的各种植物中，这些基因的突变体都表现出了独特的“懒惰”表型，其特征是分支和根的横向扩展。对LZY的进一步研究可能会影响植物结构和生产控制技术。