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eLife:一个长期生物学假说获新证

2016.6.08

  最近,华盛顿州立大学的生物学家发现了强有力的证据,支持一个86年之久的、关于“营养如何穿过植物”的假说,即1930年Ernst Münch提出的解释“韧皮部同化物运输的压力流假说”。科学家对这一现象进行了二十年的分析,促生了一系列的技术,最终可以用于抵抗植物病害,并使农作物生产更有效率。相关研究结果发表在《eLife》杂志。

  我们所消耗的食物大约有90%通过植物的韧皮部,来自叶片的糖和其他营养物质——在叶片中它们是由光合作用产生的,通过这一微管系统被运输到根和果实中。但是,华盛顿大学生物科学学院的Michael Knoblauch教授指出,科学家很少了解这是如何起作用的。

  他说:“如果你有一个对于植物功能极为重要、但很少受到支持的假设,这就是一个问题。例如,植物-昆虫相互作用。蚜虫靠这个微管系统为生。如果我们不理解这个系统是如何运作的,我们就不能找到新的策略来杀灭蚜虫。植物病毒也将会通过这个系统。”

  Ernst Münch在1930年提出了韧皮部运输的基本原则,虽然他的假设是直观的和优雅的,但它似乎并不能解释“在树那么大的物体中移动液体所需的极限压力”。 Münch去世后,给后人留下了这个问题。

  Knoblauch说:“他提出了假设,因为他知道溶质驱动的流体是如何运作的。但他并没有测量所有这些事物,或者没有找到证据证明他的假设。”为此,Knoblauch花了20多年的时间,设计方法详细研究一种活植物,在这种植物中,他试图测量和描述的过程没有被破坏。

  他说:“这种组织是极其坚固的。所以,研究它是一个技术问题。很难获取它,这一直使我困惑。”他用荧光染料和放射性同位素测量了流速。他与他的儿子、本文第二作者、华盛顿州立大学大二学生Jan合作,开发了一种“picogauge”,可以测量极为敏感的韧皮部压力。

  他研究了西红柿、蚕豆、不列颠哥伦比亚海岸海带和马萨诸塞州中部哈佛森林的红橡木。用华盛顿州立大学Franceschi显微和成像中心的各种显微镜,他不仅测量了植物茎的周长,还测量了筛板的面包状孔洞——它们将韧皮部组织中细长的细胞分离开来。细胞的几何图形尤为重要,可作为管道或孔洞直径的一个数量级改变,在运输给根部或果实的容量中产生层次变化。

  在这项研究中,他在三株牵牛花植株中大约进行了100000次测量。除了构建证据支持一个长期假说之外,Knoblauch希望这项研究能找到新的方法来保护植物。它还可能带来新的方法,更容易地制造生物燃料。

  他说:“如果我们可以告诉韧皮部‘好,在我们可以很容易地收获的地方存储起来’,那么这将是一大进步。”

  近期还有几项有趣的植物学研究成果,盘点如下:

  2016年3月,日本名古屋大学的研究人员在《Nature》杂志发表的一项研究,成功地发现了开花植物花粉管(雄性)中的一个关键激酶受体,可让花粉管准确到达卵细胞(雌性),以成功受精,而不会迷失方向。相关阅读:Nature解开植物成功受精之谜。

  随后的4月份,这一组科学家成功地发现了AMOR——一个糖链分子,可增加植物的受精效率。他们发现,AMOR负责激活花粉管,以促使受精。这项研究结果发表在4月8日的《Current Biology》。相关阅读:植物受精的“丘比特之箭”。

  另外,英国剑桥大学塞恩斯伯里实验室(TSL)和基因组分析中心(TGAC)的一个科学家小组,开发出一种新方法,可加速植物抗病基因的分离。该研究小组也在龙葵(马铃薯的一个野生近缘种)中发现了一个全新的枯萎病抗性基因。相关阅读:新测序技术将加快植物抗病育种。

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