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生物傳感器打開觀察植物內(nèi)部運(yùn)作新視角相關(guān)研究成果發(fā)表在最近的《自然》雜志上

2021-04-13 14:51:04來源：科技日報(bào)

日前

，德國拜羅伊特大學(xué)和圖賓根馬克斯·普朗克發(fā)育生物學(xué)研究所科學(xué)家開發(fā)出一種新型傳感器

，可以實(shí)時(shí)顯示植物細(xì)胞中生長素的空間分布，并可快速檢測環(huán)境變化對植物生長的影響

。這種傳感器為研究人員打開了觀察植物內(nèi)部運(yùn)作的全新視角

。相關(guān)研究成果發(fā)表在最近的《自然》雜志上。

無論是種子的胚胎發(fā)育

、根系生長，還是植物對陽光方向的反應(yīng)

，生長素都具有協(xié)調(diào)植物對外界刺激反應(yīng)的功能。為了觸發(fā)對外部刺激的反應(yīng)

，它必須存在于所需的細(xì)胞組織中

。迄今為止，人們還無法在細(xì)胞分辨率上直接確定生長素的時(shí)空分布

。

此次，研究人員開發(fā)出一種新型基因編碼的生物傳感器

，可將植物體內(nèi)生長素的分布定量可視化

。其特殊之處在于，它是一種植物經(jīng)改造后可自己產(chǎn)生的人造蛋白質(zhì)

，而不必經(jīng)由外部引入

。他們利用這種傳感器實(shí)時(shí)觀察了細(xì)胞組織需要生長素的時(shí)空間分布動(dòng)態(tài)過程

。

在開發(fā)這種生物傳感器時(shí)

，研究人員發(fā)現(xiàn)大腸桿菌中有一種蛋白質(zhì)可與兩種熒光蛋白偶聯(lián)

，并在這些配對蛋白非常接近時(shí)發(fā)生熒光共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)。這種蛋白可與氨基酸色氨酸結(jié)合

，但與生長素的結(jié)合要差得多。他們希望通過基因改造

，使其能更好地與生長素結(jié)合

，并使其FRET效應(yīng)只在蛋白質(zhì)與生長素結(jié)合時(shí)發(fā)生。

研究人員對植物進(jìn)行了基因改造

，使其在某種刺激下可在細(xì)胞組織中產(chǎn)生滿足這些要求的蛋白質(zhì)

。于是

，新型生物傳感器誕生了：強(qiáng)烈的熒光信號(hào)表明了細(xì)胞組織中生長素的位置

，提供了細(xì)胞內(nèi)生長素分布的精確“快照”，且不會(huì)對生長素控制過程造成永久影響

。

“傳感器的發(fā)展是一個(gè)漫長的過程

，在這個(gè)過程中，我們已經(jīng)獲得了關(guān)于蛋白質(zhì)如何被選擇性地改變以結(jié)合特定小分子的基本見解

。”拜羅伊特大學(xué)蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)學(xué)教授比爾特·哈克說，“預(yù)計(jì)在未來幾年

，新的生物傳感器將發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于植物內(nèi)部運(yùn)作以及它們對外界刺激反應(yīng)的新見解

。”

責(zé)任編輯：孫知兵

關(guān)鍵詞：生物傳感器植物內(nèi)部

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