促进生长，抗衰老视网膜在植物生长的根源

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青蛙蛋和抗衰老面霜有什么共同之处?它们的成功依赖于一组被称为类维生素a的化合物，这种化合物能够生成和再生组织。

一项新的植物研究表明，类维生素A的组织生成能力也有助于根的适当发育。

图源:Mindaugas Kriksciukas/GPhase

如果你曾经种过萝卜种子，你就知道它的第一件事就是长出长长的垂直根。再给它一点时间，它的根就会变小，垂直于植物的茎。随着时间的推移，这些侧根会反复分枝并向外扩散，形成一个稳定并滋养植物的网。

这些侧根不是随机长出来的。它们出现，然后沿着主轴有节奏地有规律地分支出来。到目前为止，人们还不知道是什么在调节和决定它们的发育和节律。

在一项新的研究中，刊登在8月26日的杂志上科学，由加州大学圣地亚哥分校助理教授亚历山德拉·迪金森和杜克大学保罗·克雷默生物学杰出教授菲利普·本菲领导的研究小组确定了在触发植物侧根发育中起关键作用的化合物。

研究小组有一个很好的怀疑对象:视网膜，一种类视黄酮，看起来符合要求。

在人类以及所有脊椎动物中，将受精卵转化为具有跳动心脏的胚胎需要干细胞分化、特化并生成特定的组织，如骨骼、血管和神经系统。这个过程是由视网膜启动和调节的。然而，动物不能自己产生视网膜，它们必须从植物或以植物为食的动物体内摄取视网膜。

狄金森说:“我们知道植物有能力产生这种化合物，它对动物发育非常重要，所以检查它在植物发育中的作用也很有诱惑力。”狄金森是加州大学圣地亚哥分校生物科学部细胞与发育生物学的新成员，她领导了这项研究，作为她在杜克大学博士后研究的一部分。

为了让植物充分利用视网膜，视网膜分子必须在植物细胞内与蛋白质形成标记组，这一过程称为蛋白质结合。

为了测试视网膜是否确实是侧根发育的原因，狄金森和她的团队用一种染料处理幼苗，当视网膜与细胞内的蛋白质结合时，这种染料就会发光。随着幼苗的生长，在主根的尖端附近出现了发光的点。不久之后，这些发光的斑点就会长出侧根。

随着幼苗的发育，这一过程定期重复，表明侧根的生长之前有一个视网膜结合的峰值。

为了证实他们的发现，研究小组将视网膜直接应用于植物的主根。得到视网膜促进剂的幼苗比正常情况下生长出更多的侧根。

为了更加确定，研究小组使用了一种化合物，使植物无法产生视网膜，并发现这些幼苗很少产生侧根。

然后，他们将视网膜直接施用于这些幼苗的主根上，果然，侧根开始在施用视网膜的地方生长。

本菲说:“我们对这个问题的所有研究都得出了非常积极的结论。”本菲说:“如果胚胎在发育过程中缺乏视网膜，就会出现发育缺陷。”“这与植物及其侧根的情况惊人地相似。”

相似之处还不止于此:动物胚胎的细胞依靠特殊的蛋白质从周围环境中获取视网膜。植物会产生自己的类维生素a，但它们仍然需要特殊的蛋白质来结合它们并激活发育过程。

研究小组发现，植物用来结合视网膜的蛋白质与动物细胞中发现的蛋白质是二重身。它们是不同的，但有相似的结构和形状。

用一种染料处理过的根，当视网膜与植物细胞内的蛋白质结合时，这种染料就会发光。它会在根系生长的地方发光，比如根尖和侧根发芽的地方。资料来源:Dickinson et al。

本菲说:“发现触发根系发育的信号和与之结合的蛋白质是非常令人兴奋的。”

植物和脊椎动物是非常不同的生物，它们的进化路径在15亿年前就分道扬镳了。发现两者在发育过程中使用密切相关的化合物来生成新组织，这是自然界在两种截然不同的生物中独立地对类似问题找到类似解决方案的一个例子，这种现象被称为“趋同进化”。

类维生素a有多种医疗用途，从痤疮膏到癌症治疗。发现它们调节植物根组织发育的确切方式，为我们打开了一扇全新的大门。

迪金森说:“我们发现了一种新的途径，可以向细胞提供信息，并说服它们构建一个新的器官，而不是做最初分配给它们的工作。”“所以也许我们可以从植物中提取一些东西，用它来更好地了解人类身上发生了什么。”

这项工作得到了霍华德·休斯医学研究所和美国国立卫生研究院的支持(授予MIRA 1R35GM131725)，由亚历山德拉·迪金森的阿诺德和梅贝尔·贝克曼博士后奖学金。José R. Dinneny的研究部分得到了霍华德·休斯医学研究所和西蒙斯基金会的教师学者资助。Michael Luciano和Martin Schnermann得到了美国国立卫生研究院(NIH)、美国国家癌症研究所和癌症研究中心的校内研究计划的支持。

“植物脂脂素促进视网膜介导的振荡侧根启动”由Alexandra Dickinson, Jingyuan Zhang, Michael Luciano, Guy Wachsman, Evan Sandoval, Martin Schnermann, José Dinneny和Philip Benfey撰写。

——摘自杜克大学的新闻稿