研究发现植物生长控制机制的关键

普渡大学的一项研究绘制了一系列控制植物细胞形状的复杂途径。这些发现是朝着定制植物如何生长以满足特定农艺需求和提高美国棉花质量的重要一步。

美国棉花生产是一个价值250亿美元的产业，但这里种植的棉农种类的质量低于优质的埃及棉或皮马棉，其纤维直径较小。植物学和植物病理学系教授Daniel Szymanski分析了细胞内信号传导网络如何模拟细胞壁以产生特定的细胞形状和大小。来自拟南芥模型系统的这些知识可用于产生具有较小直径或增加强度的棉纤维细胞。

在“当代生物学”杂志上发表的研究结果中，Szymanski描述了如何组织微管和肌动蛋白，即形成植物细胞细胞骨架的蛋白质聚合物，以指定细胞壁的机械性质，定义细胞形状。

Szymanski的研究小组发现微管在一个细胞的顶点内捕获一种名为SPIKE 1的蛋白质，其中SPIKE 1募集了额外的蛋白质机器，导致肌动蛋白丝形成。然后将肌动蛋白丝网络组织为用于长距离细胞内运输的道路和细胞生长所必需的细胞壁材料的调节递送。

“SPIKE 1是细胞中的主要调节因子，开关在激活时决定了肌动蛋白网络聚合的时间和位置，”Szymanski说。

SPIKE1的位置和活动很重要。如果没有它，生长就会被错误调节，导致细胞形状扭曲，不能正常逐渐变细。SPIKE1蛋白是越来越多的工具之一，可用于编程经济上重要的细胞(包括棉纤维)的大小和形状。

Szymanski说，这种新的理解也可能在设计具有不同细胞形状和大小的植物方面发挥更广泛的作用。

“细胞是组织和器官的基石，它们有可能影响叶片大小等关键特性，”Szymanski说。“这项工作提供了一个知识库，可以实现细胞，组织和器官工程。”

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