种子：沉默的外表下的非凡力量
尽管种子外貌平凡，但它们却蕴含着不可思议的力量。在干燥的状态下，种子可以储存能量长达数年，一旦遇到适宜的条件，它们便会迅速释放能量，催动发芽。最令世人惊叹的例子出现在美国死亡谷国家公园，那些在干旱炎热的沙漠中潜伏了几十年的种子，会在降雨后迅速发芽，数月后开放艳丽的花朵。
种子内孕育着一个完全成形的胚胎，它只有在理想的环境中才能继续生长。种子的发芽受到多种植物激素的调节，尽管科学家对这些激素的研究不遗余力，但对它们作用机理的认识仍十分有限。种子中的能量是如何被释放的？如何高效地启动能量代谢？
近日，德国明斯特大学领衔的国际研究团队揭开了种子发芽过程中能量代谢的秘密。他们利用一种新型的荧光生物传感器，在活的种子细胞中观察了能量代谢和依赖硫的氧化还原代谢。研究结果表明，种子接触水仅数分钟后，能量代谢便能启动。植物细胞中的线粒体激活了种子的呼吸作用，而硫醇氧化还原开关在能量高效释放中发挥着关键作用。相关论文发表于《美国国家科学院院刊》。
该研究项目负责人，明斯特大学的 Markus Schwarzlander 教授表示：“通过观察种子发芽早期控制过程，我们对驱动种子发芽的机制有了更深入的了解。未来，我们考虑将这种开关应用于作物生物技术。这一发现对农业发展具有积极影响——它一方面可以帮助种子尽可能长时间地保持发芽活性，另一方面可以促进种子同步发芽。”
为了观察能量代谢中的活动，研究人员在显微镜下观察了细胞中能量的通用货币——ATP 和线粒体中的电子能量——NADPH，并比较了干燥的苔菜种子和“吸水”后的苔菜种子。
为了确定氧化还原开关对种子发芽启动的重要性，研究人员使用遗传学方法失活了特定蛋白质，然后比较改造前后的种子反应。通过在实验室中人工老化种子，他们发现，如果种子缺乏相关的蛋白质，发芽活性会显著降低。
随后，研究人员进行了氧化还原蛋白质组分析，为此，他们分离出了激活的线粒体并快速冷冻，以便直接研究这一过程发生的状态。然后，研究人员使用质谱法识别出几种对能量代谢资源效率至关重要的半胱氨酸肽。
“这个过程可以比作大城市中的交通控制系统。在交通高峰期（即发芽期）开始之前，硫醇氧化还原开关可以打开红绿灯和行车路线系统。”论文的主要作者 Thomas Nietzel 解释道。
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编译：花花
审稿：阿淼
责编：雷鑫宇
期刊来源：《美国国家科学院院刊》
期刊号：0027-8424
原文链接：
https://www.uni-muenster.de/news/view.php?cmdid=10731
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