Nature子刊：植物是如何变得浓密的

　　是什么使植物长出树枝?加州大学戴维斯分校的一项新研究表明，植物如何分解抑制分枝的激素独角麦内酯，使其变得更加“浓密”。了解独角麦内酯是如何被调控的可能对许多农作物有很大的影响。

　　

对于许多植物来说，更多的树枝意味着更多的果实。但是是什么使植物长出树枝呢?加州大学戴维斯分校的一项新研究表明，植物是如何分解抑制分枝的激素独角麦内酯，使其变得更加“浓密”的。了解独角麦内酯是如何被调控的可能对许多农作物有很大的影响。

这项研究发表在8月1日的《自然通讯》杂志上。

加州大学戴维斯分校植物生物学系专攻生物化学和结构生物学的副教授、资深作者尼zan Shabek说:“能够操纵独角兽内酯还可能对植物结构产生影响，包括植物对干旱和病原体的抵抗力。”

独角曲内酯的激素作用直到2008年才被发现，沙贝克将其描述为植物激素研究领域的“新人”。除了调节分支行为外，独角麦内酯还促进地下菌根真菌和植物根系之间的有益相互作用，并帮助植物应对干旱和高盐度等胁迫。

尽管科学家们对植物如何合成独脚金内酯和其他激素了解甚多，但对植物如何分解它们却知之甚少。最近的研究表明，一种叫做羧酸酯酶的酶存在于包括人类在内的所有生命体中，它可能参与了独角麦内酯的降解。植物产生20多种羧酸酯酶，但只有两种特定的形式，CXE15和CX20，与独角麦内酯有关。然而，这种联系只是推测性的，Shabek的团队想要更多地了解这种降解是如何发生的。

“我们的实验室对机制很感兴趣，这意味着我们不想只知道一辆车能不能开车，我们想知道它是如何驾驶的;发动机内部发生了什么，”沙贝克说。

破译酶的引擎

为了研究CXE15和CX20是否真的参与了独角麦内酯的调节，研究人员首先建立了酶分子结构的3D模型。这项工作是由本科研究员闫林毅发起的，他在实验室中培养和纯化了羧酸酯酶蛋白。

沙贝克说，这个由学生主导的项目很快就扩大了规模。

博士后研究员Malathy Palayam使用x射线晶体学和计算机模拟来解决酶的三维原子结构，并进行生化实验来比较两种酶如何降解激素。

这些实验表明，CXE15比CXE20更有效地分解独脚金内酯，而CXE20与独脚金内酯结合但不能有效降解。他们的3D模型揭示了一些新的东西:CXE15的一个特定区域实际上允许酶改变其形状。

“CXE15是一种非常有效的酶，它可以在几毫秒内完全破坏独角曲内酯分子，”Shabek说。“当我们放大时，我们意识到酶的结构中有一个动态区域，这是它以这种方式发挥作用所必需的。”

动态酶

通过检查CXE15的结构，Shabek和他的合作者确定了特定的氨基酸，这些氨基酸允许这种酶动态地与独角麦内酯结合。然后，为了确认这些氨基酸确实对酶的效率负责，他们通过基因工程改造了一种具有改变动态区域的酶的突变版本。突变体在体外和在本菌属植物中进行测试时都显示出降解独角麦内酯的能力降低。

Shabek说，下一步将研究羧酸酯酶是如何在不同的植物组织中产生的，比如根和茎。

“在这项研究中，我们对阐明这些酶的机制和结构非常感兴趣，但未来的研究可以开始调查它们如何影响植物的生长和发育，”Shabek说。