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培养15周后,在SAP05支配下生长的“扫帚”更浓密了(图片来源:原论文)
看来,篡改植物生长发育节奏的确对植原体有利 。不过,它分泌的SAP05蛋白究竟是怎么做到这一点的?
蛋白质“垃圾分类”一种蛋白质要发挥作用,总得与其他分子结合 。而被SAP05蛋白结合的物质,很可能和植物的生长发育密切相关 。
科学家发现,植物体内的两种物质——SPL转录因子和GATA转录因子,都是SAP05“绑架”的对象,也都是植物生长发育中不可缺少的角色 。其中,SPL转录因子帮助植物从幼年期转向成年期,从营养期转向生殖期;而GATA转录因子主要负责调节光合作用、叶片发育和花器官发育 。
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SAP05阻碍植物发育成熟(图片来源:原论文)
这两种物质一旦被SAP05蛋白“抓住”就危险了 。SAP05主要的工作地点在植物韧皮部的筛管细胞:那是负责向生长中的植物组织输送营养的细胞,里面还有一套回收系统 , 在清理无用的垃圾蛋白 。SPL转录因子和GATA转录因子 , 原本不是垃圾蛋白 。但被SAP05结合后,系统会将它们识别为垃圾蛋白并降解掉 。也就是说,SAP05是借植物自身的机制,除掉了对植物有用的物质 。
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被SAP05抓住的两类蛋白,遭到了蛋白酶体的降解(图片来源:原论文)
从此,植物的生长发育开始紊乱:保持着幼年的特征却按时开花,开出的花又无生殖能力 , 最终长成“女巫的扫帚” 。这是两类转录因子同时被破坏的结果 。假如只破坏SPL转录因子,或者只破坏GATA转录因子,植物都不会彻底患上“丛枝病” 。
同时,研究者还发现 , 垃圾回收系统清理了不该清理的两类蛋白,不仅仅是因为这两类蛋白被“绑架”,而是连负责清理工作的蛋白酶体也被“绑架”,才执行了错误的任务 。
昆虫会变“僵尸”吗?身为垃圾回收工具的蛋白酶体之所以遭到“绑架”,是因为它有个亚基被SAP05蛋白结合了 。研究团队因此想到,传播植原体的昆虫叶蝉体内也有这个亚基的同源物 。那昆虫会不会也被细菌分泌出的SAP05蛋白变成“僵尸”?
但实验结果显示 , SAP05并没有结合昆虫的蛋白酶体 。虽然有同源物,但两个氨基酸的微小差别(如下图),保护了昆虫的蛋白酶体 。
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亚基RPN10的氨基酸序列中的38号和39号 , 植物体内为GA,昆虫体内为HS(图片来源:原论文)
发现这个差别之后,科学家又有了新的想法:用基因编辑把植物的这两个氨基酸改成和昆虫一样,植物不也能抵抗SAP05的伤害了吗?实验证明他们想的没错,经过基因编辑后 , 那些被垃圾回收系统错误处理的蛋白,又重新获得了生存空间,被降解掉的比先前少了 。
虽然“氨基酸修改版”的植物在被植原体寄生后,明显比野生型的同伴更短命,且依然不能生育,团队还是从中看到了阻止植物变“僵尸”的希望 。
不论如何,科学家们终究是站在保障作物产量的角度考虑问题 。至于植物是想变成“僵尸”活得更久还是想要生育能力,谁知道呢?
撰文:栗子
审校:二七
参考链接:
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)01012-6
https://www.pnas.org/content/114/47/12590.full
https://www.eurekalert.org/news-releases/928467
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