PNAS：找到生長素作用的玄機

　　報道：植物的葉片形狀千變萬化，有披針形、矛形、腎形、菱形、箭頭形、卵形、圓形、勺形、心形、淚珠形、鐮刀形等等。這些形狀的生成取決于植物生長素的分配，而生長素決定著植物細胞分裂和伸長的速度。

　　為何一個簡單的分子能夠塑造如此復雜多變的形狀呢?因為生長素能與大量控制基因表達的蛋白相互作用，施加自己的影響。近年來，人們發現了越來越多這樣的蛋白，生長素的信號傳導機制也越發復雜起來。

　　現在，華盛頓大學的研究團隊對生長素信號網絡中的蛋白進行研究，找到了理解整個網絡的關鍵所在。這項研究于三月二十四日發表在美國國家科學院院刊PNAS雜志上。

　　研究人員解析了一個關鍵轉錄因子的晶體結構。他們發現，該蛋白的互作區域折疊起來，形成分別帶正負電荷的兩面，就像一個磁鐵。這樣的結構區域允許蛋白相互吸引，形成長鏈或寡聚物。文章的資深作者，助理教授Lucia Strader指出，通過這些鏈的長度變化，植物可以精密調節不同細胞對生長素的應答，產生細微的結構差異。(推薦閱讀：Nature特刊：X射線晶體衍射百年紀)

　　塑造葉片形狀只是植物生長素多種作用中的一個，其他還包括幫助植物向光源彎曲、根系向下生長、枝條向上生長、和果實發育等等。“吲哚3乙酸(IAA)是最強力的植物生長素，幾乎涉及了植物生活史的方方面面，”Strader說。

　　在生長素及其影響的基因之間，涉及了大量的蛋白。研究人員指出，這些蛋白組合在每個細胞中都不同，整個系統相當復雜。為了進一步理解這一系統，文章的第一作者David A. Korasick獲得了轉錄因子ARF7的晶體結構，該蛋白可幫助擬南芥向光源彎曲。

　　據介紹，此前的抑制子-轉錄因子互作模型已經建立了15年之久。人們一致認為抑制子平躺在轉錄因子上，抑制子的兩個結構域分別與轉錄因子的兩個結構域配對。而Korasick建立的結構模型顯示，ARF7的兩個結構域折疊在一起，形成像磁鐵一樣的互作區域。他們將這個擁有正電和負電兩面的互作區域稱為PB1結構域。據介紹，真菌、動物和植物都具有這樣的結構域。

　　研究人員指出，同樣擁有PB1結構域的抑制蛋白，可以與這種轉錄因子結合。研究顯示，轉錄因子PB1結構域的兩面必須各結合一個轉錄因子，才能夠抑制生長素對它的影響。

　　這就意味著，抑制蛋白與轉錄因子此前的一對一模型是錯誤的，Strader 說。“這樣的相互作用不只局限在兩個蛋白之間，可能涉及了數百個蛋白。”

　　例如，在Korasick的晶體結構中，五個ARF7的PB1結構域相互連接，形成了一個五聚體。“我把PB1結構域看成是磁鐵，”Strader說。“它們能夠前后顛倒著相連，形成長鏈。”

　　研究人員指出，隨著植物的進化，生長素的信號傳導系統變得越來越復雜。舉例來說，與復雜的大豆相比，簡單苔蘚的信號傳導蛋白就少得多。這說明生長素信號傳導對植物相當重要，Korasick說。

　　“植物和動物的差異在于，”Strader說。“植物具有堅硬的細胞壁。當植物細胞決定分裂或伸長時，將是一個永久性的決定，因此需要極為嚴密的控制。”