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「To be, or not to be.」科學家解答植物在壓力下如何選擇生死

當植物面臨壓力時,它們的細胞如何決定是生存還是死亡?密西根州立大學的研究人員最近發現了兩種關鍵蛋白質,它們在這個生死抉擇中扮演了重要角色。

這項研究的關鍵發現來自於Noelia博士的靈光一閃。研究團隊專注於模式植物阿拉伯芥,試圖找出在壓力條件下控制植物生死的基因。最終,他們發現了兩種蛋白質:「BON相關蛋白2(BAP2)」和「肌醇需求酶1(IRE1)」,這兩者在植物面臨壓力時密切合作。

這些蛋白質的發現對農業具有重要意義。通過理解它們的功能,科學家可以培育出更加耐旱、耐熱的作物,這對於應對氣候變化至關重要。

在真核細胞內,有一個稱為內質網(ER)的細胞器,它負責製造和折疊蛋白質,就像廚房裡的主廚和助手一樣,需要保持平衡。當內質網無法正常工作時,細胞會進入一種稱為ER壓力的狀態,啟動未折疊蛋白質反應(UPR),決定是要拯救還是摧毀細胞。

內質網壓力決定是生是死


這張圖展示了阿拉伯芥在不同處理條件下的生長和基因表達反應。研究發現,Na-1和Est-0品系在內質網壓力(TM處理)下的生物質量和UPR基因表達有顯著差異,這些數據有助於了解植物在壓力下的適應機制,並為未來的植物改良提供參考。(圖/《自然通訊》)

研究發現,IRE1酶負責引導這一生死決策,而BAP2則是它的重要夥伴。BAP2可以響應ER壓力,並調控IRE1的活動,反之亦然。這種相互作用對維持細胞平衡至關重要,缺少任何一方都會導致植物死亡。

這項研究歷時七年,從開始到結束,研究人員花費大量時間細心地將阿拉伯芥種子放置在培養皿上,觀察不同品種在壓力下的反應。這些成果來之不易,但最終證明是值得的。

Noelia表示:「這是一段漫長而充滿挑戰的旅程,但結果令人滿意。」

這項研究發表在《自然通訊》上,為未來培育更具抗逆性的植物提供了重要的科學基礎。

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首圖來源:DALL.E

圖片來源:Nature Communications cc By4.0 

參考論文:
1.Programmed cell death regulator BAP2 is required for IRE1-mediated unfolded protein response in ArabidopsisNature Communications

延伸閱讀:

1.植物為什麼會長得茂密?新研究揭示控制分枝的激素