研究人员发现了植物如何应对不断变化的条件的分子奥秘的关键
马萨诸塞大学阿默斯特分校的一组研究人员最近发表了一项开创性的研究，回答了生物学中的一个核心问题：生物体在遇到内部或外部变化时如何整合广泛的细胞过程环境——在顺境中蓬勃发展还是在逆境中生存?这项研究以植物为重点，发表在《细胞》杂志上，确定了四种化合物之间的相互作用：果胶、受体蛋白 FERONIA 和 LLG1 以及信号 RALF 肽。特别是，研究小组发现，细胞壁-细胞膜界面上果胶和 RALF 之间发生的分子缩合过程(称为液-液相分离)控制着刺激如何触发许多细胞过程。这些过程共同产生对植物有利的反应。
“生物学家经常线性工作：我们观察刺激的到来，然后沿着我们认为是该反应背后的特定细胞途径监测特定反应。但实际上，细胞维持着多种途径，这些途径需要精心维护，并且需要始终进行协调。”麻省大学阿默斯特分校生物化学和分子生物学杰出教授、该论文的资深作者 Alice Cheung说道。
自 2010 年和 2015 年发现 FERIONIA-LLG1 受体对是解决这一具有挑战性的难题的理想候选者以来，Cheung 和她的长期合作者、共同资深作者 Hen-Ming Wu 就一直在思考刺激和反应的问题。 。FERONIA-LLG1 几乎影响植物生命的所有方面——从刚发芽的幼苗到成熟并繁殖下一代，并承受其间的各种挑战，如疾病和极端气候。
“两位非常敬业的初级同事，博士后 James Ming-Che Liu 和研究生 Jessica Fang-Ling Yeh，论文的共同第一作者，以及最近毕业的分子和细胞生物学博士，花了很多年的时间才完成这项工作。学生罗伯特·伊冯(Robert Yvon)，”张说。“他们一起完成了一系列研究，这些研究从不同但有意设计的角度开始，以提供一个有凝聚力的故事，否则这是不可能讲述的。”
研究从信号(或配体)RALF 如何影响细胞膜中的 FERONIA-LLG1 开始。研究小组观察到一些令人费解的结果：细胞并不是简单地将 FERONIA-LLG1 摄取到细胞中(这一过程称为内吞作用和典型反应);而是将 FERONIA-LLG1 摄取到细胞中。研究小组测试的每个细胞膜分子都受到影响。此外，与典型的配体-受体相互作用不同，配体 RALF 保留在细胞外富含果胶的细胞外基质(称为细胞壁)中。
然后，研究小组检查了这四种分子之间的生化和生物物理相互作用，这些相互作用如何影响这些分子在细胞水平上的行为，以及它们如何使用两种经常遇到的环境胁迫(高温和盐度)影响植物生理结果。
这些结果首次提供了一种机制来解释植物细胞如何协调许多不同的途径来响应单一的应激信号，从而变得更有弹性并生存。这项工作还首次证明了细胞壁-细胞膜界面(植物细胞检测和响应外部刺激的前线)的相分离如何深刻影响集体细胞反应。张补充道，“如果没有应用生命科学研究所的核心设施以及光学显微镜核心主任、该论文的合著者詹姆斯·钱伯斯的投入，这项 工作就不可能完成。”
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