研究揭秘细胞怎么知道何时停止生长

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【大澳门威尼斯人赌场官网2021年07月20日讯】(大澳门威尼斯人赌场官网记者李少维编译报导)植物生长的基本过程由不断重复的细胞周期完成,包括DNA复制、细胞分裂。科学家以前感到困惑的是,植物细胞刚分裂出来的子细胞大小并不对称,之后会自动修正,细胞怎样能知道自己该长多大?近期发表的一份研究第一次发现了细胞完成这个过程的秘密所在,对动物细胞研究和未来的农业都具有重要意义。

这项研究的负责人英国约翰英尼斯中心(John Innes Center)的生物学家萨布洛夫斯基(Robert Sablowski)说,多数细胞蛋白都是随着细胞等比例地长大,所以难以想象细胞怎样才能确定自己的大小。

他比喻这个过程就像人们用自己的手臂量自己的身高。“你办不到,因为你的手臂的长度和你的身高是等比例生长。你得有一个外部的参照物才知道你的个头。”

这份研究选择拟南芥(Arabidopsis)进行研究。拟南芥其实是一种杂草,由于它培育容易、成熟快等特点而成为生物学家很喜爱的研究模型。加之多年来生物界积累了越来越多关于它的研究资料,这也让后续的研究人员更偏好使用它。

萨布洛夫斯基和他的助手达里奥(Marco D’Ario)把拟南芥种在花盆里大约六周后,把它的芽尖部位切掉,放在放大倍数约为千倍的显微镜下,两个人轮班连续观察48小时,详细记录细胞生长的情况。

达里奥说,来自同行对拟南芥的研究很重要。“我们花了三四年的时间构建这个实验,如果没有同行之前的研究,可能需要10~15年的时间。”

根据采集的数据,通过复杂的数学算法分析后,研究者发现了一个奇妙的过程。原来植物细胞内的DNA起到“量杯”的作用,控制KRP4蛋白精确地分配给子细胞,再由KRP4蛋白的浓度控制细胞生长的大小。

研究发现,在DNA复制之前,KRP4蛋白自由地漂浮在细胞核内。可是当细胞开始分裂的时候,DNA控制获取精确数量的KRP4蛋白附着到DNA上,并保证每个子细胞得到等量的KRP4蛋白。

“DNA起到量杯一样的作用,”萨布洛夫斯基说,“从细胞内的池子里舀出固定量的KRP4蛋白。”池子里剩下的、没用完的KRP4蛋白将在细胞分裂之前、被另一种蛋白清除。

接下来,新细胞在生长阶段通过里面KRP4蛋白的浓度感知自己应该长到多大。虽然每个子细胞得到等量的KRP4蛋白,可是由于前面提到的、刚分裂出来的子细胞大小并不一样,这造成里面KRP4蛋白的浓度也不一样:小个的细胞里面KRP4蛋白浓度高;大个的细胞里面KRP4蛋白浓度低。

细胞内还有一个机制控制KRP4蛋白浓度需要达到的一个目标浓度才会停止生长。研究人员从显微镜下看到,具有高浓度KRP4蛋白的小个细胞,要多花一些时间成长,使得KRP4蛋白达到目标浓度;而大个的细胞内KRP4蛋白浓度低,生长的时间相对短就可以达到目标浓度。最后,植株内所有不同大小的细胞都将长成一样的大小。

这份研究6月11日发表于《科学》(Science)期刊。◇

责任编辑:朱涵儒

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