植物通過(guò)產(chǎn)生或降解稱為木栓質(zhì)的軟木狀層來(lái)改變其根部的滲透性，從而適應(yīng)其營(yíng)養(yǎng)需求。通過(guò)研究擬南芥中這一保護(hù)層的調(diào)控，由瑞士日內(nèi)瓦大學(xué) (UNIGE) 科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了四種負(fù)責(zé)木栓質(zhì)基因激活的分子因素。這些因素的鑒定允許生產(chǎn)根部連續(xù)覆蓋——或者相反，完全沒(méi)有——木栓質(zhì)的植物。這些因素對(duì)于選擇對(duì)環(huán)境脅迫具有更強(qiáng)抵抗力的植物具有重要意義。這項(xiàng)工作發(fā)表在美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊(PNAS) 上)。
根從土壤中吸收養(yǎng)分和水分必須是有選擇性的，尤其是當(dāng)環(huán)境對(duì)植物有毒時(shí)。Suberin 存在于植物根部，是一種由脂質(zhì)組成的物質(zhì)，可作為抵御各種環(huán)境壓力的保護(hù)屏障。事實(shí)上，UNIGE 科學(xué)學(xué)院植物學(xué)和植物生物學(xué)系教授 Marie Barberon 之前的一項(xiàng)研究表明，軟木的主要成分木栓質(zhì)可以覆蓋細(xì)胞壁，或者相反被降解改變根對(duì)環(huán)境中存在的養(yǎng)分的滲透性。因此，木栓質(zhì)層可以保護(hù)植物免受水分流失和有毒元素(如鹽或鎘)的存在，但也可以優(yōu)化生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的獲取。
模式植物擬南芥的四個(gè)關(guān)鍵因素
為了了解木栓質(zhì)的存在是如何被調(diào)節(jié)的，由瑪麗·巴伯倫 (Marie Barberon) 領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)對(duì)內(nèi)皮中存在的某些調(diào)節(jié)劑感興趣，內(nèi)皮是圍繞運(yùn)輸樹液并形成木栓質(zhì)的血管的細(xì)胞層。本研究是在植物生物學(xué)中廣泛使用的模式生物擬南芥中進(jìn)行的。.“我們能夠利用這種植物的一個(gè)特征，即其根部的透明度，在染色后直接在顯微鏡下觀察木栓質(zhì)的存在與否，并可以確定其生產(chǎn)所必需的因素”，研究員 Vinay Shukla 解釋說(shuō)在植物學(xué)和植物生物學(xué)系，本研究的第一作者。這使生物學(xué)家能夠確定負(fù)責(zé)在內(nèi)皮層中形成木栓質(zhì)的四種主要蛋白質(zhì)。“因此，我們獲得了根部總是覆蓋著木栓質(zhì)的植物。使用 CRISPR/Cas9 技術(shù)，我們還為這些在木栓質(zhì)生產(chǎn)中受損的蛋白質(zhì)生成了四重突變體”，Vinay Shukla 繼續(xù)說(shuō)道。
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