植物生長和動物胚胎根部的促生長、抗衰老化合物
發芽的豆苗生長側根。現在，研究人員已經確定了這一現象背后的化合物。來源：Mindaugas Kriksciukas/GPhase
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植物根和動物胚胎的成功發育依賴于相同的化學物質。
青蛙蛋與抗衰老面霜有什么共同點？它們的成功取決于一組稱為類視黃醇的化合物，它們能夠生成和再生組織。
一項針對植物的新研究表明，類視黃醇的組織生成能力也有助于根部的適當發育。
如果你曾經種過蘿卜種子，你就會知道它所做的第一件事就是長出一根長長的垂直根。給它更多的時間，它會得到垂直于植物莖的更小的根。隨著時間的推移，這些側根會反復分枝并展開，形成一個穩定和喂養植物的網。
這些側根不只是隨機彈出。它們出現，然后按照節奏沿著主軸以規則的間隔分支出來。直到現在才知道是什么調節和決定了它們的發展和節奏。
發表在《科學》雜志上的一項新研究中，由加州大學圣地亞哥分校助理教授亞歷山德拉·迪金森和杜克大學保羅·克萊默生物學杰出教授菲利普·本菲領導的研究小組確定了這種化合物這在觸發植物側根的發育中起著關鍵作用。
研究小組有一個很好的嫌疑人：視網膜，一種類視黃醇，看起來很符合要求。
在人類以及所有脊椎動物中，將受精卵轉變為帶有輕微跳動心臟的胚胎需要干細胞分化、特化并生成特定組織，例如骨骼、血管和神經系統。這個過程由視網膜啟動和調節。然而，動物不能產生自己的視網膜，它們必須從植物或以植物為食的動物身上攝取。
“我們知道植物有能力產生這種化合物，它對動物發育非常重要，因此也很想檢查它在植物發育中的作用，”作為博士后研究的一部分領導這項研究的迪金森說在杜克。
為了讓植物充分利用視黃醛，視黃醛分子必須與植物細胞內的蛋白質形成一個標簽團隊，這一過程稱為蛋白質結合。
為了測試視黃醛是否確實落后于側根發育，迪金森和她的團隊用一種染料處理幼苗，當視黃醛與細胞內的蛋白質結合時，這種染料會發光。隨著幼苗的生長，主根尖附近出現了發光的小點。不久之后，那些發光的點就會長出一個側根。
隨著幼苗的發育，該過程定期重復，表明側根的生長之前是視網膜結合的峰值。
為了證實他們的發現，該團隊將視黃醛直接應用于植物的主根。得到視網膜增強劑的幼苗比正常情況下長出更多的側根。
為了更加確定，該團隊應用了一種使植物無法產生視黃醛的化合物，并發現這些幼苗很少產生側根。
然后他們將視黃醛直接應用到這些幼苗的主根上，果然，側根開始在應用視黃醛的地方開始發育。
發光機制就是電子躍遷，不同的稀土離子，具有不同的能級，這些能級像原子之間的能級一樣，會以一定的幾率向低能級躍遷，從而給出發光。
“我們看待這個問題的所有方式都非常積極，”本菲說。
“如果胚胎在發育過程中缺乏視網膜，它就會出現發育缺陷，”本菲說。“這與植物及其側根所發生的情況驚人地相似。”
相似之處還不止于此：動物胚胎的細胞依靠特殊的蛋白質從周圍環境中獲取視網膜。植物產生自己的類視黃醇，但它們仍然需要特殊的蛋白質來結合它們并激活發育過程。
研究小組發現，植物用來結合視黃醛的蛋白質是在動物細胞中發現的蛋白質的分身。它們是不同的，但具有相似的結構和形狀。
“發現觸發根發育的信號和結合它的蛋白質是非常令人興奮的，”Benfey 說。
植物和脊椎動物是非常不同的生物，它們的進化路徑在 15 億年前就已經分道揚鑣了。發現兩者在發育過程中都使用密切相關的化合物來產生新組織，這是自然界獨立地為兩種截然不同的生物體中的類似問題達成類似解決方案的一個例子，這種現象稱為“趨同進化”。
維甲酸有多種醫療用途，從痤瘡霜到癌癥治療。發現它們調節植物根組織發育的確切方式打開了一扇全新的大門。
“我們發現了一種新的途徑，可以為細胞提供信息并說服它們建造一個新的器官，而不是做最初分配給它們的工作，”迪金森說。“所以也許我們可以從植物中提取一些東西，并用它來更好地了解人類身上發生的事情。”