实时视频的YFP-ARF19在一个细胞从根的上部。(来源:副实验室)
根据温度的不同，植物可以合成生长素。根据病原体的存在，植物可以合成生长素。取决于可利用的营养物质、水、压力源或生长线索:生长素。
当植物在生长过程中向光弯曲时，控制这种运动的潜在化学物质是什么?
生长素。
根据不同的情况，这种激素的存在可以是一个信号，启动DNA转录，促进生长和发育，或者它可以阻止转录发生。
副一个跨学科的团队，由艺术和华盛顿大学圣路易斯分校的科学和麦凯维工程学院最近发现了一种机制，根据同一种激素的存在，植物可以受到多种方式的影响。
这项研究发表在8月14日的《分子细胞》杂志上。
“你可以得到任何线索，”首席研究员、艺术与生物学副教授露西亚·斯特拉德说科学与科学中心副主任生命系统工程。“光、温度、不同的营养……植物会对所有这些产生生长素。“生长素释放的结果也可能不同，从叶片发育的应激反应到根系结构的变化。
这些反应都是生长素反应因子(ARFs)的结果。生长素反应因子是一种结合在细胞核DNA上的蛋白质，以某种方式促进生长和发育。
帕普Strader的实验室正在研究的问题是:ARFs如何在正确的时间、正确的地点做正确的事情，同时防止不适当的响应?
答案始于对ARFs基本性质的最新理解。
它们总是存在于植物中，但是ARFs通常是无能为力的，因为它们与Aux/IAA抑制蛋白结合，而这些蛋白使ARFs处于非活性状态，直到生长素通过化学方法将它们分离。对ARFs结构的新理解导致了对它们连接方式的新理解。
变化的中心是PB1结构域，位于与DNA结合结构域相对的ARF蛋白的另一端(ARF一旦进入细胞核，就会在转录过程中与DNA结合)。
Strader说:“ARF PB1结构域与抑制因子或ARF蛋白成对结合，就像微型条形磁铁，有正的一面和负的一面，两端自由地与其他蛋白配对。”“它们有可能成长为长链。”
胞质中的异常值
结果表明，ARF PB1域链的形成起到了意想不到的作用。
在研究ARFs时，实验室的研究生萨曼莎·鲍尔斯(Samantha Powers)的任务是给23种拟南芥ARFs中的一种打上标签。她带回来的照片很不寻常。它们并没有在植物细胞核中找到arf，而是出现在细胞质中，细胞质是包围细胞核的凝胶状物质。“这很奇怪，”斯特拉德说。
研究小组查阅了显示ARFs在植物细胞中的位置的文献，发现了一个。只有一个。它看起来和鲍尔斯在她的研究中看到的很不一样:ARFs主要在它们“应该”在的地方，在细胞核中，在细胞质中有一些异常值。
一个跨学科的团队，成员包括艺术&华盛顿大学圣路易斯分校的科学和麦凯维工程学院最近发现了一种机制，根据同一种激素的存在，植物可以受到多种方式的影响。(信贷:副实验室)事实证明，鲍尔斯一直在观察植物成熟根部的ARFs，而他们发现的这项研究关注的是分生组织根尖，即年轻细胞分裂的区域。
斯特拉德说:“植物作为一种发育模式的美妙之处在于，在一个单一的个体中，在一个单一的时间点，存在着发育的每一个阶段。”最年轻的细胞是在根系的开始，由于植物细胞不运动，它们只是向上分裂，互相建立;细胞离尖端越远，就越老。
Powers’s的发现提供了线索:在较年轻的细胞中，ARFs在细胞核中转录mRNA，但在较老的细胞中，它们被卡在细胞质中，没有做什么。在中间区域，有一个混合。
斯特拉德在生物物理学研讨会上讨论了这些发现，之后亚历克斯·霍利豪斯——当时在罗希特·帕普实验室工作的博士生，麦克维工程学院埃德温·h·默蒂工程学教授——向她提出了一个具体的建议。
“他说，‘你演讲的时候，我下载了所有23个ARFs的序列，并对它们进行了分析。我有数据给你，’”斯特拉德说。
豪斯目前是帕普实验室的博士后，并计划在生物化学系建立自己的实验室分子生物物理学在2020年初。他提出，power和Strader在细胞质中看到的ARF实际上是由蛋白质凝聚物驱动的，部分原因是ARF蛋白质的“内在无序区域”，即位于DNA结合和PB1结构域之间的区域。
Holehouse假设ARF蛋白正在从分散状态向凝聚状态过渡，并在细胞质中积累;类似于水分子凝结成水滴的方式。
“传统观点认为，蛋白质必须采用特定的三维形状来识别它们的分子目标;idr的不同之处在于它们是变形器，”帕普说。“它们可以根据环境的不同而采用不同的形状，这些特征使它们成为冷凝液的理想驱动因素，前提是它们具有必要的粘性区域。”
“亚历克斯分析了这些序列，发现了非常明显的成分差异，”帕普说。
特定ARFs的idr(本质上无序的区域)具有分子容易粘附自身的所有特征。再加上ARFs通过PB1结构域连接和形成重复结构(或寡聚)的能力，较老细胞中的ARFs凝聚成组装体，以确保它们仍然停留在细胞质中。
当ARFs卡在细胞质中时，它们不能启动DNA转录。“就是这么简单，”帕普说。
“我们认为，这是一种方法，可以在不完全关闭该通路的情况下，阻止该通路在某种细胞类型中发挥作用，”” Strader说。
植物作为模型系统
在豪斯侦探工作的指导下，鲍尔斯继续对某些ARFs进行变异，以便它们都能进入原子核。他们发现，只要ARFs能够进入细胞核与DNA结合，当生长素存在时，无论细胞类型如何，转录都会发生。
” Strader说:“这非常令人兴奋，因为我们已经证明，在细胞质中形成凝聚物是一种削弱生长素的方法。“当ARF变异为核型时，每个细胞都对生长素有反应，而无反应的细胞则将ARF隔离在细胞质中。”是一种结构上的核变异，能够激活所有细胞类型的基因。
帕普说:“工程师们经常试图设计生物材料，在细胞内形成蓄水池，从而控制蓄水池中堆积的物质的释放。”“令人着迷的是，通过在较老的细胞中通过粘性idr制造细胞质库(凝结物)，ARF蛋白的定位控制水平。由具有粘性idr的分子组成的库制造装置可以区分较老的细胞和较年轻的细胞。能够复制这种分子控制来制造活性物质将是生物工程师的梦想。”
Strader和Pappu实验室之间的持续合作重点是将植物作为模型系统来研究与神经退化有关的分子和细胞过程。
斯特拉德指出，这是因为这项研究表明，蛋白质凝结具有强大的积极的生物学作用，而蛋白质凝结的过程往往与阿尔茨海默病、ALS和其他朊病毒相关疾病有关。
对于植物来说，这项研究阐明了缩合是如何通过在特定的环境中阻止转录因子进入细胞核，从而阻止它们转录基因，从而确保生长素在正确的时间、正确的地点做正确的事情。
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