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低氧水平触发植物性细胞的形成

研究生Tim Kelliher和Virginia Walbot教授在斯坦福大学校园里研究玉米流苏照片:LA Cicero斯坦福大学的一个科学家团队使用一种简单的方法证明,开发花卉深处的低氧水平是所需要的。触发植物性细胞的形成这一发现可能会导致新的植物育种技术玉米的性生活多年来受到了很多关注。到公元前5000年,美洲的农业家已经通过交叉生产了第一批杂交玉米品种。授粉植物产生更大的植物或有色的核仁今天,玉米杂交种子生产是一个价值数十亿美元的产业,杂交也是大多数其他物种生产的基础。尽管植物繁殖在农业综合企业中发挥着核心作用,研究人员从未回答过基本问题:植物性细胞来自哪里?根据斯坦福大学生物学教授弗吉尼亚沃尔博特和研究生蒂莫西凯利赫的说法,这个答案非常简单。在一系列优雅的实验中 - 沃尔博特以“基本上没钱可以做的实验的思考”为荣 - 研究人员证明了低氧水平在发展中的花朵深处是触发性细胞形成所需的全部这一发现不仅具有学术兴趣“控制植物繁殖对现代农业来说是相当重要的”沃尔博特说,在玉米行业中仍然使种子玉米脱离作为一种控制谁施肥的方法,一种可以开启或关闭性细胞生产的技术可以大大增加对植物杂交的控制研究论文最近出现在科学杂志当两朵花非常相爱时所有开花植物产生结构内的花粉称为花药,它在玉米中由独特的簇生长我们知道作为流苏的雄花的r但是在这些花药成熟之前,它们以植物深处的三叶草形状排列。这些三叶草状叶中的每一个中央细胞将变成性细胞,最终,花粉背后的机制这种发育在植物中是未知的在动物中,周围的细胞发信号表示从单个“创始细胞”开始形成的种系,Walbot和Kelliher倾向于这种观点,鉴定了两种有希望的信号分子MAC1和MSCA1缺乏蛋白质MAC1的植物发育过多的生殖细胞缺乏MSCA1的植物根本没有,显然,MAC1对于组织生殖细胞周围的非性细胞很重要,而MSCA1是细胞发育成性细胞所必需的。但两者之间的联系,以及最初的导致他们的表达,仍然不清楚氧化还原的作用尽管大多数研究人员认为,如在动物中,性细胞是从一组特殊的细胞发展而来的对于这个角色的重新认识,Walbot和Kelliher看到了两条隐含的线索首先,性细胞的物理排列并没有指向单一“创始人”的存在。事实上,它提出了一个场景,即“你的位置是细胞比你的父母更重要,“Kelliher说,第二,MSCA1酶操作的方式表明氧气水平可能在信号传导过程中发挥作用植物内的环境可以是”氧化“ - 氧气充足,而且氧化是有利的 - 或“减少” - 通常通过缺乏活性氧来防止氧化,并且相反的还原过程有利于MSCA1碰巧通过还原发送其信号 - 意味着不同的氧水平可能具有不同的发育效应。测试理论,研究人员在玉米的未成熟花药组织深处插入一个探针他们发现的是:异常低的氧含量 - 李快速增长的花药代谢活动的副作用 - 在细胞开始变成性细胞的确切时间玉米软管为了确定单独的低氧是否是造成性细胞发育的原因,研究人员将塑料软管连接到发育中花药和管道混合气体高浓度的氧气大大减少了性细胞的数量高浓度的氮气,这是惰性的,并提供一个还原环境,增加了性细胞的形成“这是一个非常容易的实验,”沃尔博特说 “我们在两天内得到了最初的结果”研究人员表明,低氧水平甚至可能导致花药叶外的细胞 - 通常永远不会产生花粉 - 发育成性细胞所有这些,Walbot解释说,证据表明自然发生生长的花药内部氧气水平的变化导致中央细胞首先缺氧:“最缺氧的细胞然后开始投掷开关”一旦氧气水平下降到某个阈值以下,MSCA1终于能够开始工作并减少它的目标,导致中央细胞成为性细胞这些细胞然后释放MAC1,这反过来确保外部细胞不会变成种系它是一种由内而外的分化模式,完全不同于动物种系所做的 - 这可以解释为什么它需要“植物利用自己的结构来创造这种发育信号”,Kelliher说:“然后任何细胞都可以创造出来只要它在正确的地方就是下一代 - 你不需要特别指定这是一种浪漫的想法“玉米研究的孩子密切注意整个植物的生育过程对于杂交种子产业至关重要田地通常种植两种种子玉米,这些玉米将是杂交的。为了防止植物自身受精 - 这导致劣质植物 - 需要去除一个物种的所有流苏。这是一项艰巨的任务,需要专门的去雄机,随后检查错过的植物的人们“目前他们每年去掉100万英亩玉米上的流苏,每英亩20,000株植物,”沃尔博特说,“这是数十亿的手工去雄植物”无菌已开发出不需要去雄的玉米品种,但已证明难以完美的自我延续型低温灭菌方法可以自动化杂交更简单,允许它应用于大量品种“我们将这些应用留给工业”,沃尔博特说,但研究的影响可能是广泛的假设这些研究结果适用于所有开花植物,正如许多研究小组正在寻求证实的那样,这一发现可以为大量作物开辟一个新的生育控制水平斯坦福大学目前正在寻求一些论文研究结果的专利资料来源:Max McClure,斯坦福大学新闻图片来源:

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