生长素是一种对植物发育至关重要的激素，因为它控制着从种子中形成胚胎到植物分枝的一系列过程。以前认为，生长素的主要信号传导机制在细胞核中运行，仅通过调控基因转录起作用。现在，由奥地利科学技术研究所jifriml领导的科学家们已经证明了另一种机制的存在，而根中的细胞必须能够立即对auxin做出反应。这种机制使根生长方向的快速适应成为可能。当植物的种子发芽时，根需要迅速确定重力方向并弯曲以在土壤中更深的地方生长，在那里它可以固定自己，找到水和营养。为了弯曲，允许细胞在根的一边继续生长，而在另一边被抑制。这种抑制被认为是由生长素引起的，并且发生得非常快，但是准确的反应时间很难测量。
博科园-科学科普：通过一个创新的装置，研究人员现在可以精确测量植物生长素浓度变化所需的时间。得出的结论是，生长速率的极快适应太快了，无法用基因转录机制来解释，因此必须涉及相应的快速感知机制。但这种新机制并非完全未知。新发现的机制需要经过深入研究通路(TIR1受体)的组成部分。通过实验设置，证明了信号传导确实是非转录的，但是已经看到原始转录通路的组成部分是需要的，这意味着我们不是在寻找一个全新的途径，而是正途径的一个新分支。通过翻转显微镜和充满液体的微通道这是一种被翻转的显微镜，这是之前由同一个研究小组开发的一种方法导致了一段令人窒息的视频产生，还获得了去年的" Nikon Small World的运动比赛"的胜利。
研究小组观察到一个正在生长的树根，颜色是由细胞核中的荧光生长素报告因子引起，红色表示生长素含量高，绿色表示生长素含量低。图片：Matou? Glanc
但是测量反应时间需要进一步的技术发展：需要能够快速改变根生长的溶液。通常情况下人们会使用生长素然后挂载显微镜的样品，但是用这种方法将会失去宝贵的几秒钟，而且在这项研究中前几分钟是至关重要的。研究小组发现的解决方法是让根部在充满所需液体的微观通道中生长。这使我们能够改变生长素的浓度，并立即测量根部的反应。随着植物根系的生长，根冠保护着脆弱的顶端。每隔几个小时，旧帽子就会丢失，新帽子又会取代旧帽子。这让科学家们困惑不已：尖端的细胞如何知道何时死亡，再往后的细胞如何知道分裂和形成一个新层，尤其是当这些细胞相隔几排的时候？奥斯陆大学(University of Oslo)和奥地利科学技术研究所(Institute of Science and Technology Austria)的研究人员现在已经部分解决了这种交流问题。
研究人员首次实时观察到根尖脱落和再生的规律循环，在此过程中，他们发现了协调这一过程的信号和受体。在根尖处介导沟通的信号和受体，发现根冠细胞分泌一种叫做IDL1的小肽，这种肽通过根尖扩散，根尖分生组织细胞分裂形成一个新的根冠，它有一个叫做HSL2的受体蛋白，可以感知信号肽IDL1。通过这种机制，外根冠细胞和内根冠细胞相互交流。Jiri Friml在IST Austria的团队，包括前博士后Daniel von Wangenheim和实习医生Ivan Kulik，第一次观察了植物是如何脱落根帽的。通过翻转的激光扫描显微镜可以看到根帽在几天内的实时消失。根帽丢失是一个缓慢的过程——根帽大约每18小时丢失一次。因为根冠丢失和更换是缓慢的，不能在正常的显微镜下观察到它。
拟南芥的根冠在顶端脱落，图片：IST Austria/Ivan Kulik
用翻转显微镜，Kulik和von Wangenheim可以观察根生长超过三天，并观察细胞死亡和根帽脱落的周期性，垂直显微镜设置和自动跟踪可以观察在自然条件下根帽是如何丢失的。这些工具使我们能够看到根帽损失是如何发生的，以及细胞如何进一步向后分裂。Friml的研究小组比较了野生型拟南芥植株的松散程度，并将其根冠替换为Aalen研究小组提供的突变植株中发生过程。发现在通过IDL1和HSL2通讯中断的植物中，根冠细胞聚集在顶端而不是脱落。当信号不起作用时，细胞的死亡和再生就不协调了，细胞在顶端停留的时间比它们应该停留的时间长得多。当你在共焦显微镜下成像一个根的时候，根尖最终会从视野中长出来，通过TipTracker，显微镜可以比较图像之间的根尖位置，并自动调整目标的位置，这样就可以跟踪根尖数天。
博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《Nature Plants》｜研究/来自：奥地利科学技术研究所，DOI：10.1038 / s41477-018-0190-1，DOI: 10.1038/s41477-018-0212-z
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