播報：為什么植物會向光生長？研究人員現在離答案又近了一步

達爾文在其1880年出版的《植物的運動力》一書中指出，植物可能會根據環境的提示如光線或重力向某一方向生長。他提供的證據表明，植物接受刺激的部分和作出反應的部分是不同的。達爾文稱，為了解釋這一點，一種“影響”必須從感知刺激的領域轉移到反應的領域。然而達爾文永遠無法確定這種影響。

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這種“加速生長的物質”在1926年被發現是激素植物生長素，隨后人們發現，這種生長素是控制大多數植物對環境變化反應的生長因子。然而生長素分子在細胞間的定向運輸是必要的，這樣才能確保其反應被分配到植物的適當區域。

20世紀90年代，一個名為PIN-FORMED(PIN)的蛋白質家族最終被確認為對這一過程至關重要。它們的名字來自于如果它們功能失調所衍生的獨特形態。植物成為一個針狀的“針”，沒有芽或花。

PIN蛋白被證明是生長素的運輸工具。它們的功能對于在植物組織內建立生長素梯度至關重要。一個梯度隨后指導植物的生長和發育。

Pedersen小組現在首次提供了PIN蛋白運輸生長素的結構基礎，并跟Ulrich Hammes副教授領導的慕尼黑工業大學的合作者結合起來進行了全面的生物化學特征分析。

這些結果最終提供了生長素運輸背后的分子機制。它還有助于解釋廣泛使用的除草劑如何能被PIN蛋白識別。

該成果已經進行了很長時間

該項目是由于一系列令人驚訝和偶然的聯系而產生，研究負責人Bj?rn Panyella Pedersen副教授介紹道：“我們在2016年啟動了這個項目，當時，我偶然聽到了一個關于植物生理學的廣泛介紹，其中順便提到了生長素。這讓我想起了我在生物系讀書時的學習，于是我決定閱讀一下這個主題。令我驚訝的是，沒有任何生化或結構方面的特征，我覺得這是一個我們可以有所作為的地方。”

然而在將近一年的時間里，各種努力大多停滯不前，直到Ulric Hammes向Pederson實驗室伸出橄欖枝，從而在一個完全不同的項目上進行合作，該項目跟藻類中的離子平衡有關。

“我們很快就發現了我們對輔酶運輸的共同興趣并在這個主題上開始了非常富有成效的合作，”Bj?rn闡述道，“在這之后，我的小組仍花了四年時間來開發一個足以提供數據的生化樣本，而這是實驗室中兩個優秀的博士后的集中努力，最初是Mikael Winkler，后來是Kien Lam Ung。這個項目是我們研究領域中一個古老的原則的一個很好的例子，‘Junk in – Junk out’。”

一旦該小組成功地創造了一個高質量的樣本，進展就迅速而猛烈。在一年之內，所有的數據都被收集起來，手稿也被寫好并提交。審查過程同樣迅速，從最初提交到最終接受只用了四個月。

“得到這些結果的感覺幾乎就像我們找到了人們一個世紀以來一直在尋找的一塊缺失的拼圖。這是那些你只想盡快分享的結果之一，”該論文的兩位共同第一作者之一Kien Lam Ung說道，“這是一次瘋狂的旅程。如果沒有這么多人的支持我們不可能做到這一點，更不用說EMBION顯微鏡了，在快速申請后我們在短時間內獲得了使用權。在這個過程中，我們學到了很多東西。”