对于许多植物来说，分枝越多意味着果实越多。但是，是什么原因导致植物长出分枝呢?加州大学戴维斯分校的最新研究表明，植物如何分解抑制分枝的激素独脚金内酯，从而变得更加“茂密”。了解独脚金内酯的调控方式可能对许多农作物产生重大影响。

加州大学戴维斯分校植物生物学系副教授、专门研究生物化学和结构生物学的资深作者NitzanShabek表示：“能够操纵独脚金内酯也可能产生超出植物结构的影响，包括植物对干旱和病原体的适应力。”

独脚金内酯的激素作用直到2008年才被发现，沙贝克将其描述为植物激素研究领域的“新生事物”。除了调节分枝行为外，独脚金内酯还能促进地下菌根真菌与植物根部之间的有益相互作用，并帮助植物应对干旱和高盐度等压力。

尽管科学家对植物如何合成独脚金内酯和其他激素了解颇多，但对植物如何分解这些激素却知之甚少。最近的研究表明，存在于包括人类在内的所有生命界中的羧酸酯酶可能参与了独脚金内酯的降解。植物产生20多种羧酸酯酶，但只有两种形式，即CXE15和CX20，与独脚金内酯有关。然而，这种联系只是推测性的，Shabek的团队想更多地了解这种降解是如何进行的。

“我们的实验室对机制感兴趣，这意味着我们不想知道汽车如何行驶，我们还想知道它是如何行驶的;发动机内部发生了什么，”沙贝克说。

解密酶的引擎

为了研究CXE15和CX20是否真的参与了独脚金内酯的调控，研究人员首先构建了酶分子结构的3D模型。这项工作由本科生研究员LinyiYan发起，他在实验室中培养和纯化了羧酸酯酶蛋白。

沙贝克说，这个由学生主导的项目很快就变得更加重要。

博士后研究员马拉蒂·帕拉亚姆利用X射线晶体学和计算机模拟来解决酶的三维原子结构，并进行生化实验来比较这两种酶如何降解激素。

这些实验表明，CXE15分解独脚金内酯的效率比CXE20高得多，后者会与独脚金内酯结合，但不能有效降解它。他们的3D模型揭示了一些新的东西：CXE15的特定区域实际上允许酶改变其形状。

“CXE15是一种非常有效的酶——它可以在几毫秒内完全破坏独脚金内酯分子，”Shabek说。“当我们放大时，我们意识到酶的结构中有一个动态区域，这是它以这种方式发挥作用所必需的。”

动态酶

通过检查CXE15的结构，Shabek和他的同事确定了允许酶动态结合独脚金内酯的特定氨基酸。然后，为了确认这些氨基酸确实是酶效率的原因，他们通过基因工程改造了酶的突变版本，改变了动态区域。突变版本在体外和在烟草植物中测试时都显示出降解独脚金内酯的能力降低。

沙贝克表示，下一步将研究羧酸酯酶如何在不同的植物组织(如根和茎)中产生。

“在这项研究中，我们真正感兴趣的是阐明这些酶的机制和结构，但未来的研究可以开始研究它们如何影响植物的生长和发育，”Shabek说。

该研究的其他作者包括：加州大学戴维斯分校的UgrappaNagalakshmi、AmeliaK.Gilio和SavithrammaDinesh-Kumar;法国巴黎萨克雷大学的DavidCornu和Francois-DidierBoyer。

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