《Cell》第一个具有可逆相分离性质的蛋白质

　　

在水的供应可以触发发芽之前，脱水的植物种子可以休眠很长一段时间——在某些物种中甚至可以超过1000年。这样可以保护体内的胚胎植物免受各种环境压力的影响，直到有利于生长和存活的条件。然而，幼年植物感知水并激活细胞活动的机制至今仍是个谜。

由卡内基大学的Yanniv Dorone和Sue Rhee以及斯坦福大学的Steven Boeynames和Aaron Gitler共同领导的一项新研究发现了一种蛋白质，在这个过程中起着关键的“去或不去”的作用——如果土壤的水文条件不太理想，就停止发芽；如果生存的机会很好，就允许发芽。他们的发现对于理解全球变暖中的植物生态以及设计能够抵御气候变化和对抗世界饥饿的抗旱作物的可能性具有重大意义。

他们的研究成果发表在《Cell》杂志上。

Dorone、Rhee、Boeynames、Gitler和他们的同事——包括卡内基的Benjamin Jin、Shannon Hateley、Flavia Bossi、Elena Lazarus和Moises Exposito Alonso——利用分子、生理学和生态学研究技术，揭示了一种他们称之为FLOE1的先前未被鉴定的蛋白质。

“尽管许多种子具有非凡的韧性，但植物在其生命的这一阶段仍然处于最脆弱的阶段，因为必须准确地确定发芽时间，以确保最大的生存机会。一旦开始发芽，植物就不能回到冬眠状态——精灵不能再放回瓶子里，”Dorone解释道。“因此，像FLOE1这样的蛋白质对植物在太早和太迟之间走钢丝的能力至关重要。”

FLOE1功能的关键是最近发现的一种生物物理现象，这是目前一个热门的研究课题，叫做相分离。这种机制允许细胞动态地将生物分子划分成无膜的组装体，而不是将它们隔离在被膜包围的细胞器中。

“把细胞器想象成一座办公大楼，在那里细胞的各个组成部分被分配来完成它们的生理工作；然而，这些支持相分离的组装体更像是一个制造者集市或黑客大会，在那里蛋白质可以聚集在一起完成一项任务，然后在完成任务后进行分配我们发现，FLOE1能够非常快速地启动这种临时聚集对其功能至关重要。”

当一颗休眠的种子感觉到附近有水分时，FLOE1几乎是瞬间聚集在细胞中，测试水分，并确定是否有利于种子重新激活并开始生长。因为FLOE1的聚集是暂时的和可逆的，它可以作为一个通过或不通过的信号，如果水的可利用性被确定为不是最佳的，停止发芽，或允许它继续进行，如果环境有足够的水来支持成功的生长。

“我们相信这是第一个提供种子如何直接感知其水合状态并据此采取行动的研究，”Rhee补充道。

作者说，他们的发现可以为工程作物打下基础，这些作物能够利用FLOE1的能力来抵御气候变化的不利影响。这类增强对于在世界各地战胜饥饿将越来越重要。

尽管他们的工作是用实验性的拟南芥，但他们发现FLOE1存在于整个植物王国，甚至在种子进化之前的植物中，这意味着它可能在植物细胞生理学中扮演许多额外的角色，可能会有额外的生物工程潜力。

“更重要的是，FLOE1是第一个已知的蛋白质在水化-脱水循环中可逆相分离，但很可能类似的过程也发生在其他有干燥休眠期的生物体中，包括人类病原体，”Dorone总结道。

原文检索：A prion-like protein regulator of seed germination undergoes hydration-dependent phase separation