研究：促进生长、抗衰老的化学化合物是植物生长和动物胚胎发育的关键

在8月26日发表在《科学》杂志上的一项新研究中，由加州大学圣迭戈分校副教授Alexandra Dickinson和杜克大学Paul Kramer生物学杰出教授Philip Benfey领导的一个研究小组确定了在触发植物侧根发展中起关键作用的化合物：视黄醛。

在人类以及所有脊椎动物中，将受精卵变成一个有小心脏的胚胎，需要干细胞分化、专业化，并产生特定的组织，如骨骼、血管和神经系统。这个过程是由视黄醇启动和调节的。不过，动物不能生产自己的视黄醇，它们必须从植物或吃植物的动物那里摄取。

Dickinson说："我们知道植物有能力生产这种化合物，它对动物的发育非常重要，因此检查它在植物发育中的作用也是非常值得关注的，"她领导这项研究是她在杜克大学博士后研究的一部分。

为了使植物能够很好地利用视黄醇，视黄醇分子必须与植物细胞内的一种蛋白质形成一个“标签组”，这一过程称为蛋白质结合。

为了测试视黄醇是否确实是侧根发育的原因，Dickinson和她的团队用一种染料处理幼苗，这种染料在视黄醇被细胞内的蛋白质结合后会发光。随着幼苗的生长，主根的顶端附近出现了发光的小点。不久之后，一个侧根会从这些发光点上长出来。随着幼苗的生长，这一过程以固定的时间间隔重复，显示出侧根的生长先于视黄醇结合的峰值。

为了证实他们的发现，研究小组将视黄醇直接作用于植物的主根。得到视黄醇促进剂的幼苗比正常的幼苗长出了更多的侧根。为了更加确定，研究小组应用了一种化合物，使植物无法产生视黄醇，并看到这些幼苗产生了非常少的侧根。

然后他们将视黄醇直接应用到这些幼苗的主根上，果然，在应用了视黄醇的地方，侧根开始发育。

Benfey说：“我们研究这个问题的所有方法都是非常积极的结果。如果一个胚胎在其发育过程中缺乏视黄醇，它将会有发育缺陷。这与植物和它们的侧根所发生的事情惊人地相似。”

而且相似之处还不止于此：动物胚胎的细胞依靠特殊的蛋白质从其周围环境中获取视黄醇。植物产生它们自己的视黄醇，但它们仍然需要特殊的蛋白质来结合它们并激活发育过程。

研究小组发现，植物用来结合视黄醇的蛋白质是动物细胞中发现的蛋白质的“二重奏”。它们是不同的，但有类似的结构和形状。

Benfey表示：“我们既发现了触发根部发育的信号，又发现了与之结合的蛋白质，这相当令人兴奋。”

植物和脊椎动物是非常不同的生物体，发现两者在发育过程中都使用密切相关的化学物质来生成新的组织，这是自然界在两种非常不同的生物体中独立达成类似问题解决方案的一个例子，这种现象被称为"趋同进化"。

视黄醇有多种医疗用途，从痤疮膏到癌症治疗。发现它们调节植物根部组织发育的确切方式，为研究人员打开了一扇全新的大门。

Dickinson表示：“我们已经发现了一条新的途径，它向细胞提供信息，并说服它们建立一个新的器官，而不是做它们最初被分配的工作。因此，也许我们可以从植物中获取一些东西，并利用它来更好地理解人类中发生的事情。”