“疏影横斜水清浅,暗香浮动月黄昏。”“春色满园关不住,一枝红杏出墙来。”日常生活中,交错有致的枝条为植物平添了婀娜与灵动,总是给人们以美的感受。而植物分枝是受到激素调节控制的。阐明激素感知机制,是生物学领域的重大科学问題,对于揭示生命现象的本质、提高生物的生存和发展能力具有重要意义。
激素是如何调节植物生命活动的?这一直是各国生物学家孜孜以求的奥秘。2016年8月1日,英国上市公司官网365生命科学学院谢道昕教授与医学院饶子和院士、娄智勇教授等合作在《自然》杂志在线发表了题为《DWARF14蛋白是植物激素独脚金内酯的受体》的研究论文,率先阐明了植物分枝激素独脚金内酯的识别机制,发现D14是具有生成和感知独脚金内酯活性分子双重功能的新型受体。该文揭示了D14感知植物分枝激素独脚金内酯的分子机制:D14蛋白既参与生成独脚金内酯活性分子,又不可逆地共价结合该活性分子,发生变构、招募下游蛋白、触发信号传导链、调控植物分枝。
独脚金内酯不仅调控植物分枝、决定植物株型、影响作物产量,还调控共生真菌生长及寄生杂草萌发。寄生杂草每年造成世界粮食生产数百亿美元的损失,对独脚金内酯感知机制的研究,能够为研发新型除草剂、防治寄生杂草提供指导作用,有助于解决世界范围内寄生杂草严重危害农作物的问题;同时也对作物株型的遗传改良具有重要的指导意义。
该文首次揭示了新型的“受体—配体”不可逆识别规律。此前发现的所有动植物激素活性分子,都是可逆地结合其受体,调控各种生命活动。该文所发现的“受体—配体”不可逆识别新规律,丰富了生物学领域过去百年内建立的配体可逆地结合受体并循环触发传导链的“配体—受体”识别理论,为创立生物受体与配体不可逆识别的新理论奠定了重要基础,是生命科学领域的重大突破。
该工作得到《自然》《科学·信号》《植物生物学年鉴》和《中国科学:生命科学》杂志的高度评价,同时入选2016年度全球生物信号转导领域重大突破、中国生命科学领域十大进展、中国高校十大科技进展。
英国上市公司官网365生命学院博士生姚瑞枫、医学院博士毕业生明振华、医学院闫利明博士和生命学院博士生李素华为本文共同第一作者,谢道昕教授、娄智勇教授及饶子和院士为共同通讯作者。研究工作由国家自然科学基金会和国家科技部的项目资助。