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太空黄瓜揭示了植物生存的秘密

植物是生存专家,它们可以控制根部的方向,以最大限度地利用周围的资源. 使用专门的细胞, 它们能感知重力并重新分配荷尔蒙, 被称为植物生长激素, 刺激生长,使植物的重要特征得以发展. 然而,一个很大的难题是这种运输过程是如何在细胞水平上发生的. 了解更多, 日本研究人员研究了在国际空间站极弱重力或微重力条件下发芽的黄瓜幼苗.

黄瓜被选为研究对象,因为它们与其他“葫芦科”幼苗如瓜类一样, 南瓜和南瓜-特征是特殊的突起, 或挂钩, 它们的形成是受重力控制的. 这些钉子在植物生长的早期阶段形成,帮助幼苗从坚硬的种皮中出来,并在根系形成时将生长中的植物固定在土壤中.

左:地面(1G) /右:空间(μG)
在微重力环境下,peg在过渡区两侧发育. (足底,2000)

当种子在发芽前被放置在i)垂直位置,其胚根向下或ii)置于微重力条件下, 两边都长出了一个钉子, Hideyuki高桥解释道, 他是凯时KB88国际生命科学研究生院空间与适应生物实验室的成员. 但当它们水平放置在地面上时, 在重力的作用下,上部的Peg形成被抑制.

黄瓜幼苗在下胚轴和根之间的过渡地带的下部发育出一根茎. 当下胚轴拉长,将子叶和胚芽从种皮上拉出来时,种皮就被钉住.

在最新一轮的工作中, 研究报告发表在《凯时KB88国际》杂志上,并使用了在国际空间站上生长的样本, 高桥和他的团队强调了重力敏感的CsPIN1蛋白在这一过程中的宝贵贡献. 这种蛋白质在促进生长激素运输方面的作用在以前在地球上进行的实验中首次被提出.

为了进一步了解, 研究人员将黄瓜种子装入专门设计的罐子中, 它们被送到了空间站. 在这里, 容器中的吸水泡沫塑料被灌溉,现已发芽的幼苗在细胞生物学实验设备的微重力隔间中生长24小时. 然后,黄瓜幼苗被i)维持在微重力或ii)通过施加1g离心力的重力刺激再持续两个小时.

研究小组面临的一大挑战是找到一种合适的固定剂来“冻结”在空间站上发芽的幼苗的状态,这样样本就可以在地球上进行详细分析. 空间站的安全条例禁止使用乙醇的标准固定溶液, 氯仿和醋酸, 但经过多次测试, 科学家们开发了一种基于醋酸混合物的替代品, 乙醇和蒸馏水.

和他们的黄瓜苗团聚, 日本研究人员使用染色技术精确定位重力刺激引起的细胞行为变化. 在显微镜下检查幼苗的横截面, 科学家们发现CsPIN1蛋白(在染色过程中突出显示)可以在重力的影响下重新定位.

具体地说, 研究人员发现,这种蛋白质位置的变化发生在黄瓜幼苗的所谓过渡区——茎和根之间的区域——也就是钉子生长的地方. 更重要的是, 似乎这种行为刺激了细胞通道的形成,能够将生长激素从该区域的一侧运输到另一侧.

“这一结果有助于解释重力调节下生长素水平的下降,从而抑制水平生长的黄瓜幼苗上部的peg形成,高桥补充道.

简单地说, 这些发现指向了种子能够根据其相对于重力的方向打开和关闭其锚栓生长的机制. 因此,提高了它们的生存几率.

这项工作代表着在理解植物生命方面又向前迈出了一步.

出版的细节:

作者:Yamazaki, C.藤井,N.,宫泽,Y.Kamada, M.,笠原,H. 等.
题目:黄瓜幼苗中重力诱导生长素外排载体CsPIN1的再定位:用于免疫组织化学显微镜的航天实验
杂志:自然微重力
DOI: 10.1038 / npjmgrav.2016.30

联系人:

Hideyuki高桥
生命科学研究生院空间与适应生物学实验室“,
电子邮件:hideyuki@ige.东北.ac.jp
网络: http://www.lifesci.darkarrowclimbing.com/en/research/fields/laboratory.html?id=2555

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