讓休眠期的種子發芽——這一發現可能有助于增加食物供應
在加州大學河濱分校領導的團隊發現的一種新化學物質的幫助下，原本處于休眠狀態的種子將重新煥發生機。
植物具有感知干旱的能力。當它們這樣做時，它們會釋放出一種激素，幫助它們保持水分。同樣的激素 ABA 向種子發出一個信息，即現在不是發芽的好時機，導致作物產量降低，在炎熱的地方食物減少——由于氣候變化，這個清單越來越長。
“如果你阻斷 ABA，你就會擾亂植物用來防止種子發芽的化學途徑，”UCR 項目科學家和研究作者 Aditya Vaidya 說。“我們的新化學品 Antabactin 正是這樣做的。如果我們應用它，我們已經證明休眠的種子會發芽。”
在美國國家科學院院刊上發表的一篇新論文中描述了 Antabactin 的有效性。
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盡管高溫會阻止它們發芽，但 Antabactin 有助于幼苗發芽。學分：UCR
這項工作建立在同一團隊創造的一種化學物質的基礎上，該化學物質模擬了植物在應對干旱脅迫時產生的 ABA 激素的作用。這種化學物質 Opabactin 會減緩植物的生長，因此它可以節約水分并且不會枯萎。它通過誘導植物關閉葉子和莖中的小孔來起作用，從而防止水分逸出。
接下來，該團隊希望找到一種具有相反作用的分子，可以打開毛孔，促進發芽并促進植物生長。盡管種子休眠在很大程度上已通過育種消除，但在一些作物（如生菜）中仍然存在問題。
紅外圖像顯示經 ANT 處理的小麥和番茄植物的蒸騰作用增加（藍色）。學分：Aditya Vaidya/UCR
UCR 植物細胞生物學教授和研究合著者肖恩卡特勒說，加速和減緩植物生長是農民的重要工具。“我們的研究都是關于管理這兩種需求，”他說。
為了找到 Opabactin 的反義詞，Vaidya 迅速制造了 4,000 種它的衍生物。“他在化學大海撈針中找到了一根針，”卡特勒說，“他創造的化合物阻斷了 ABA 的受體，而且非常有效。”
在他們的論文中，團隊成員表明，將 Antabactin 應用于大麥和番茄種子會加速發芽。可以想象，Antabactin 和 Opabactin 可以一起工作，以幫助作物在變得越來越干燥和炎熱的世界中茁壯成長。
一旦 Antabactin 幫助種子發芽成健康植物，農民可能會在生長季節早期通過噴灑 Opabactin 開始節水。這樣，當植物開始開花時，就有足夠的水被“儲存”起來。
“就像女性在懷孕期間需要更高水平的營養一樣，植物在開花和即將結出果實時需要更多的水和營養，”Vaidya 說。“大多數作物都是如此，尤其是玉米和小麥等經濟相關作物。”
研究小組繼續研究 ABA 在多種其他植物物種中誘導的種子休眠變化。他們還想研究 Antabactin 作為一種化學工具在水不受限制的溫室環境中增加植物生長的用途。
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“我們希望確定控制種子休眠的關鍵分子參與者，最終減少由于不幸的播種時間或種子發芽不良而造成的作物產量損失的影響，”Vaidya 說。
參考文獻：Aditya S. Vaidya、Francis C. Peterson、James Eckhardt、Zenan Xing、Sang-Youl Park、Wim Dejonghe、Jun Takeuchi、Oded 撰寫的“具有強大體內活性的皮摩爾 ABA 受體拮抗劑的 Click-to-lead 設計” Pri-Tal、Julianna Faria、Dezi Elzinga、Brian F. Volkman、Yasushi Todoroki、Assaf Mosquna、Masanori Okamoto 和 Sean R. Cutler，2021 年 9 月 16 日，美國國家科學院院刊。
DOI：10.1073/pnas.2108281118