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，可以實時顯示植物細(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時觀察了細(xì)胞組織需要生長素的時空間分布動態(tài)過程。
在開發(fā)這種生物傳感器時，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：強烈的熒光信號表明了細(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”，且不會對生長素控制過程造成永久影響。
“傳感器的發(fā)展是一個漫長的過程，在這個過程中，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)計學(xué)教授比爾特·哈克說，“預(yù)計在未來幾年，新的生物傳感器將發(fā)現(xiàn)更多關(guān)于植物內(nèi)部運作以及它們對外界刺激反應(yīng)的新見解。”
