《科学》：植物天然产物基因簇

　　

生物通报道：美国John Innes中心的研究人员发现，植物可能成簇排列制造抵御化合物的基因。他们的发现可能为找到新的天然植物保护物质作为药物、除草剂或杀虫剂提供了一条途径。利用燕麦中一个制造抗真菌化合物的基因簇作为模板，研究人员能够在不同的物种中发现之前未知的、制造一种相关化合物的基因簇。

 

领导这项研究的Anne Osbourn和同事之前发现，燕麦中制造一种抗真菌化合物（叫做avenacin）所需的基因在基因组中相连排列。Avenacin是三萜类化合物的一种，由燕麦产生，能够保护植物根不被各种真菌疾病侵袭。

 

基因簇在细菌和真菌中很常见，但是在植物中却很罕见。玉米有一个防御相关化合物的基因簇，另外有报道称在水稻种发现了另外一个可能的基因簇。

那么是否还存在其他植物基因簇？它们是如何产生的呢？为了解开这些谜团，研究人员利用avenacin基因的标记物来扫描模式植物拟南芥的基因组。在发表在新一期的《科学》杂志上的文章中，他们鉴定出了一个负责制造和修饰一种三萜化合物thalianol的新途径的基因簇。Thalianol此前没有在植物中发现过。

 

Thalianol基因簇由四个在基因组上紧挨的基因构成。负责制造thalianol的第一个基因与燕麦种avenacin途径第一步的基因属于同一个家族。Thalianol簇接下来的三个基因负责对thalianol进行连续修饰。

 

成功发现了一个基因簇后，研究人员现在计划寻找其他可能制造新天然产物的基因簇，并且研究这些基因簇如何进化形成。

 

尽管燕麦、玉米、大米和这个新的拟南芥基因簇都制造相关产物，但是它们相互间在进化中是独立组装起来的。这意味着植物基因组在装配这些基因簇上有相当的弹性。了解了这些装配背后的进化驱动力将会使人们了解到一些植物产物途径在这些基因簇中如何保持下来，并且可能有助于我们了解植物代谢。

 

成簇基因一起使植物比较容易遗传一个完整的途径。Thalianol基因簇就是基因组中最保守区域中的一个——这意味着这种有益的基因组合是比较近的进化时间里在整个群体中快速扩散开来。（生物通雪花）

 

《科学》植物学最新发现：根如何找路

 

来自英国Norwich的John Innes中心的研究人员发现了植物根如何找到它们的路线、在土壤中穿越障碍生长。这项发表在《科学》杂志上的研究还解释了发芽的苗木如何穿透土壤而不会将自己挤出去。

研究人员指出，这个问题的关键就在植物根上的绒毛“外套”上。他们确定出一种能够使这些毛找到它们前进道路并在路径明确时伸长的生长控制机制。

 根毛用类似人在黑暗中摸索走路类似的方法探测土壤。如果它们遇到了一个障碍，它们就能摸索着走，直至它们能够在一个开阔的空间继续生长。与此同时，在根毛抓住土壤的时候，植物能够稳固在一个地方。

 这种能力受到一种“自我增强循环”（self-reinforcing cycle）的控制。根毛顶部上的一种叫做RHD2的蛋白质能够产生刺激土壤钙吸收的自由基。然后，钙离子刺激RHD2的活性，进而产生更多的自由基、进一步吸收钙。当一个障碍物阻碍了根毛的路，这个循环就被中断，并且在另外的位置和方向开始生长。

 这个特殊的系统使植物具有了探测一个复杂环境并生长的弹性。这些发现还解释了幼苗如何能够在被定植时快速生长。

在贫瘠的土壤中，植物能够通过产生更多的根毛来适应。对这种适应性了解的越清楚，将使研究人员能够创造出能够在不适宜的环境中生长。