Science新发现：公认的抗衰老护肤成分也能促进植物根生长

　　

青蛙卵与抗衰老面霜有什么共同之处？ 它们的成功取决于一组称为类视黄醇（retinoids）的化合物，它们能够生成和再生组织。

一项对植物的新研究表明，类视黄醇的组织生成能力也与根的适当发育有关。

如果你曾经种过萝卜种子，你就会知道它做的第一件事就是长出一根长长的垂直根。 给它多一点时间，它的根就会变得更小，垂直于植物的茎。随着时间的推移，这些侧根会不断分枝并向外扩展，形成一个稳定并喂养植物的网。

这些侧根并不是随意伸出来的。它们出现了，然后沿着主轴有规律的间隔向外扩展，遵循一定的节奏。直到现在，人们还不知道是什么调节和决定了它们的发育和节奏。

在8月26日发表在《科学》杂志上的一项新研究中，由加州大学圣地亚哥分校助理教授Alexandra Dickinson和杜克大学Philip Benfey领导的研究小组，识别了在触发植物侧根发育中起关键作用的化合物。

在人类以及所有的脊椎动物中，将受精卵变成一个有一点跳动的心脏的胚胎，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。这个过程是由类视黄醇启动和调节的。然而，动物不能自己产生类视黄醇，它们必须从植物或吃植物的动物那里摄取类视黄醇。

Dickinson说:“我们知道植物有能力产生这种化合物，它对动物的发育非常重要，所以很有必要检查它在植物发育中的作用。”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。

为了让植物更好地利用视网膜，类视黄醇分子必须与植物细胞内的蛋白质形成一个标签组，这个过程称为蛋白质结合。

为了测试类视黄醇是否确实影响了侧根的发育，Dickinson和她的团队用一种染料处理幼苗，当类视黄醇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，主根尖附近出现了发光的小点。不久，这些发光的斑点会长出侧根。

随着幼苗的发育，这个过程会定期重复，这表明侧根的生长之前有一个视网膜结合的高峰。

为了证实他们的发现，研究小组将类视黄醇直接应用到植物的主根上。接受了类视黄醇增强剂的幼苗比正常幼苗发育出更多的侧根。

更确切地说，研究小组使用了一种使植物不能产生类视黄醇的化合物，并观察到这些幼苗很少产生侧根。

然后他们直接将类视黄醇植入这些幼苗的主根，果然，侧根在植入类视黄醇的地方开始发育。

“我们对这个问题的所有看法都非常积极，”Benfey说。

“如果胚胎在发育过程中缺乏类视黄醇，就会有发育缺陷，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:动物胚胎的细胞依赖于特殊的蛋白质从周围环境中获取类视黄醇。植物产生自己的类视黄醇，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，植物用来连接类视黄醇的蛋白质与动物细胞中的蛋白质是相似的，它们是不同的，但有相似的结构和形状。

Benfey说:“发现了触发根发育的信号和结合它的蛋白质，这是非常令人兴奋的。”

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。这两种生物在发育过程中都使用了密切相关的化合物来产生新的组织，这是自然界在两种截然不同的生物中，各自对相似问题达成相似解决方案的一个例子，这种现象被称为“趋同进化”。

类视黄醇有多种医疗用途，从痤疮膏到癌症治疗。发现它们调控植物根组织发育的确切方式，将为我们开启一扇全新的大门。

Dickinson说:“我们已经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，而不是完成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，并用它来更好地了解人类正在发生什么。”

（生物通）

Journal Reference:

1. Alexandra J. Dickinson, Jingyuan Zhang, Michael Luciano, Guy Wachsman, Evan Sandoval, Martin Schnermann, José R. Dinneny, Philip N. Benfey. A plant lipocalin promotes retinal-mediated oscillatory lateral root initiation. Science, 2021; eabf7461 DOI: 10.1126/science.abf7461