华人夫妇颠覆性发现,桥接不同代谢通路的酶

2013年2月07日 13:48:14 来源: 生物通
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  Salk研究所的科学家通过拟南芥研究,发现了生物直接调控化学反应以快速协调器官生长的机制,颠覆了机体各部分如何协调生长的传统观点,为增加农作物产量和开发代谢疾病新疗法带来了重要启示。

  代谢是驱动机体内所有基础生命过程(生长、繁殖、消化、感知等)的化学反应,这些反应由酶控制着。迄今为止,人们一般认为各个代谢功能依赖着完全不同的酶通路,而且主要关注的是调节这些通路的基因开关情况。

  而这项研究显示,本被认为是完全由基因开关控制的两条不同通路,其实通过一种酶桥接起来,可以实现协同调控。机体通过这两条通路对环境改变进行应答,合成不同激素以快速调整相应部分的生长。由此,单个环境事件通过两种激素同时快速调节了不同组织的生长。该研究发表在本周的Nature Chemical Biology杂志上。

  “基因是细胞合成特定酶的指南,但对于应答光照等环境改变来说,要等多种基因来协调基本激素合成就有点太慢了,” 霍华德·休斯医学研究所的遗传学家Joanne Chory说,“有更快更直接的途径控制激素合成,这在生物学上很合理。”

  Salk研究所的博后郑祖云(音译Zuyu Zheng)和郭永霞(音译Yongxia Guo)夫妇是文章的共同作者,他们与Chory、Noel一同进行了这项拟南芥研究。拟南芥对于遗传学和代谢研究者来说是非常重要的研究模型,因为它六周就能生长成熟,使人们可以快速了解调节代谢关键酶合成的基因。而这些基础信息可以随后被用于改善农作物和相关疾病治疗。

  当植物顶部光线被遮蔽时,有两个部分会快速调节自己的生长速度,以便植物竞争阳光。在这种情况下,植物的茎往往在几个小时内快速伸长,试图冲出阴影。而叶柄处的组织也会伸长,以争取阳光。这两个器官的协调生长,能够更有效的进行光合作用,将阳光和二氧化碳转化为营养物质。

  拟南芥茎和叶柄的生长分别由生长素和乙烯触发,而这两种激素分别由两个不同的代谢通路控制。实际上,人体也通过类似途径应用激素,与拟南芥遵循着同样的复杂代谢规则。

  研究人员发现酶VAS1是生长素和乙烯通路之间的桥梁。它不仅是两条通路之间的捷径,还是同时调控两种激素水平的闸门,让植物不同部分以协调方式生长,而不会脱离控制。有了VAS1,就不需要等基因来协调激素合成了。

  Chory认为,这项发现让人们得以从一个新途径来思考生物体内的代谢协调。“进化是保守的,”她解释道,“在一个物种中找到的基础机制,很可能在自然界是通用的。”

  Noel补充道,“对于代谢同步及其在疾病中出现的问题,我们需要对传统观点进行认真的反思。”