房裕東

每年春夏是油菜花盛開(kāi)的季節(jié)。我國(guó)地大物博，不同地區(qū)的氣候差異較大，油菜花開(kāi)放的時(shí)間也不盡相同：在南方的云南，人們?cè)?月份就可見(jiàn)到盛開(kāi)的油菜花；但在北方的青海，人們可能要等到7月份才能欣賞到黃燦燦的油菜花。不管何時(shí)，微風(fēng)下?lián)u曳的油菜花都像金黃的精靈一般，吸引著絡(luò)繹不絕的游客前往欣賞。

油菜全身都是寶：幼苗可作蔬菜食用；花是重要的蜜源植物；種子的含油量為35%～50%，可用來(lái)榨油；榨油之后的油渣富含蛋白質(zhì)，是良好的動(dòng)物飼料……油菜不僅是重要的農(nóng)作物，還是推動(dòng)中國(guó)植物科學(xué)研究的“大功臣”。

第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束后，全球人口數(shù)量迅速上升，各國(guó)植物學(xué)家都希望找到能讓作物快速生長(zhǎng)的“神藥”，以解決迫在眉睫的糧食短缺問(wèn)題。美國(guó)科學(xué)家米切爾發(fā)現(xiàn)，某些植物的花粉落到雌蕊柱頭上后萌發(fā)出的花粉管生長(zhǎng)得非常迅速，于是決定從花粉入手尋找能讓植物快速生長(zhǎng)的物質(zhì)。功夫不負(fù)有心人，1941年，米切爾發(fā)現(xiàn)玉米花粉中的某種物質(zhì)能有效促進(jìn)豌豆莖部細(xì)胞的伸長(zhǎng)。不過(guò)，想要將這種物質(zhì)從花粉中提取出來(lái)，并非易事。米切爾研究小組用了近30年的時(shí)間，終于從油菜花粉中提取出了一種能促進(jìn)植物莖稈伸長(zhǎng)和細(xì)胞分裂的高活性物質(zhì)，并將它命名為“油菜素”。米切爾認(rèn)為它是一種新的植物激素，僅使用極小量就可顯著促進(jìn)植物生長(zhǎng)。不過(guò)，也有科學(xué)家認(rèn)為，米切爾并不能確定“油菜素”的具體化學(xué)成分，也不清楚它在植物體內(nèi)的作用機(jī)制，所以不能貿(mào)然將其歸為植物激素。

米切爾的研究成果引起了美國(guó)農(nóng)業(yè)部的注意，他們認(rèn)為“油菜素”具有非常廣闊的應(yīng)用前景，于是啟動(dòng)了一項(xiàng)長(zhǎng)達(dá)十年的計(jì)劃，希望分離和純化“油菜素”中的活性物質(zhì)，并通過(guò)對(duì)它的研究來(lái)促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。嘗試了多種方法后，美國(guó)農(nóng)業(yè)部的科學(xué)家們終于從227千克油菜花粉中提取出了10毫克活性物質(zhì)。經(jīng)鑒定，這種活性物質(zhì)是一種醇類小分子物質(zhì)，它被命名為油菜素內(nèi)酯（Brassinolide，BR）。油菜素內(nèi)酯廣泛存在于植物的組織器官中，雖然含量極低，卻對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育的各個(gè)階段起著非常重要的作用，包括種子萌芽、莖伸長(zhǎng)、根發(fā)育、葉片形狀發(fā)育與衰老、運(yùn)輸系統(tǒng)的分化、花粉管伸長(zhǎng)、植物免疫和抗逆反應(yīng)等。

雖然在農(nóng)業(yè)應(yīng)用上，油菜素內(nèi)酯已被證實(shí)能促進(jìn)農(nóng)作物的生長(zhǎng)、增強(qiáng)農(nóng)作物對(duì)各種逆境的抵抗性，但人們一直不明確它在植物體內(nèi)的具體作用機(jī)制。直到20世紀(jì)90年代，在擬南芥遺傳學(xué)研究興起的基礎(chǔ)上，科學(xué)家們才證實(shí)了油菜素內(nèi)酯在植物體內(nèi)的生理功能，油菜素內(nèi)酯也于1998年被正式列為植物激素。至此，油菜素內(nèi)酯仿佛一把“鑰匙”，打開(kāi)了細(xì)胞生長(zhǎng)與伸長(zhǎng)的大門，科學(xué)家們迫切地想弄明白植物是如何感受油菜素內(nèi)酯，而油菜素內(nèi)酯又是如何打開(kāi)細(xì)胞之門的。

談及對(duì)油菜素內(nèi)酯在植物體內(nèi)功能的研究，就不得不提到中國(guó)科學(xué)家做出的卓越貢獻(xiàn)。

20世紀(jì)90年代，美國(guó)加州大學(xué)圣迭戈分校的史蒂芬·克勞斯教授從擬南芥入手，欲尋找細(xì)胞上油菜素內(nèi)酯的受體（即所謂的“鎖”），但幾經(jīng)波折未能成功。沒(méi)想到，美國(guó)索爾克生物研究所的喬安妮·喬瑞教授（美國(guó)著名遺傳學(xué)家和植物學(xué)家）卻誤打誤撞地從上萬(wàn)個(gè)基因中成功找到并定位了這把“鎖”，即BR受體蛋白（BRI1）。

找到受體后，接下來(lái)的工作便是弄清楚它的結(jié)構(gòu)，從而了解作為“鑰匙”的油菜素內(nèi)酯究竟是如何與它進(jìn)行作用的。當(dāng)時(shí)參與這項(xiàng)研究工作的有三位中國(guó)科研人員，他們是李建明、王志勇和王學(xué)路，均為喬瑞教授實(shí)驗(yàn)室的博士后。他們分別從不同角度剖析了受體的結(jié)構(gòu)與功能。

最先開(kāi)始研究的是李建明。他發(fā)現(xiàn)受體是一種跨過(guò)細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)，這種蛋白質(zhì)在細(xì)胞膜外側(cè)和內(nèi)側(cè)有著不同的功能：在細(xì)胞膜外側(cè)（胞外區(qū)）時(shí)，負(fù)責(zé)與油菜素內(nèi)酯結(jié)合，也就是“鑰匙”插入的部位；在細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)（胞內(nèi)區(qū)）時(shí)，負(fù)責(zé)將油菜素內(nèi)酯的信號(hào)傳遞給細(xì)胞，也就是“鎖住門”。除此之外，還有一個(gè)連接這兩大部分的跨膜區(qū)。

接著，王志勇針對(duì)胞外區(qū)進(jìn)行了一系列深入研究。動(dòng)物體內(nèi)與油菜素內(nèi)酯結(jié)構(gòu)類似的笛醇類小分子激素，一般都是直接穿過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部；而王志勇的研究證明，植物體內(nèi)的油菜素內(nèi)酯并不是直接進(jìn)入細(xì)胞，而是依靠細(xì)胞膜表面的受體傳遞信號(hào)。也就是說(shuō)，油菜素內(nèi)酯是直接且特異性地與受體胞外區(qū)進(jìn)行結(jié)合的。

王學(xué)路則從胞內(nèi)區(qū)入手，研究受體是如何被打開(kāi)并引發(fā)下游反應(yīng)的。他發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)胞膜外沒(méi)有油菜素內(nèi)酯時(shí)，受體處于失活狀態(tài)，胞內(nèi)區(qū)同源二聚化；而當(dāng)油菜素內(nèi)酯進(jìn)入后，二聚化會(huì)被解開(kāi)，受體也轉(zhuǎn)變成激活狀態(tài)。受體被激活后，還需要在一個(gè)蛋白共作用因子的幫助下才能夠向下傳遞BR信號(hào)，這個(gè)共作用因子是共受體激酶BAK1，它的發(fā)現(xiàn)主要?dú)w功于黎家教授。黎家教授長(zhǎng)期從事植物激素油菜素甾醇領(lǐng)域的研究，在闡明其生物合成、代謝調(diào)控及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子機(jī)理方面做了許多原創(chuàng)性工作。

在研究油菜素內(nèi)酯的受體方面，包括上述幾位在內(nèi)的中國(guó)科學(xué)家做出了巨大貢獻(xiàn)。他們現(xiàn)在早已是世界植物激素領(lǐng)域舉足輕重的人物。在這些科學(xué)家的帶領(lǐng)下，中國(guó)植物科學(xué)研究飛速發(fā)展，目前處于國(guó)際領(lǐng)先地位。毫不夸張地說(shuō)，正是那一朵朵小小的油菜花，推動(dòng)了中國(guó)植物科學(xué)研究的巨大進(jìn)步。