生物傳感器打開觀察植物內部運作新視角 相關研究成果發表在最近的《自然》雜志上

日前，德國拜羅伊特大學和圖賓根馬克斯·普朗克發育生物學研究所科學家開發出一種新型傳感器，可以實時顯示植物細胞中生長素的空間分布，并可快速檢測環境變化對植物生長的影響。這種傳感器為研究人員打開了觀察植物內部運作的全新視角。相關研究成果發表在最近的《自然》雜志上。

無論是種子的胚胎發育、根系生長，還是植物對陽光方向的反應，生長素都具有協調植物對外界刺激反應的功能。為了觸發對外部刺激的反應，它必須存在于所需的細胞組織中。迄今為止，人們還無法在細胞分辨率上直接確定生長素的時空分布。

此次，研究人員開發出一種新型基因編碼的生物傳感器，可將植物體內生長素的分布定量可視化。其特殊之處在于，它是一種植物經改造后可自己產生的人造蛋白質，而不必經由外部引入。他們利用這種傳感器實時觀察了細胞組織需要生長素的時空間分布動態過程。

在開發這種生物傳感器時，研究人員發現大腸桿菌中有一種蛋白質可與兩種熒光蛋白偶聯，并在這些配對蛋白非常接近時發生熒光共振能量轉移(FRET)。這種蛋白可與氨基酸色氨酸結合，但與生長素的結合要差得多。他們希望通過基因改造，使其能更好地與生長素結合，并使其FRET效應只在蛋白質與生長素結合時發生。

研究人員對植物進行了基因改造，使其在某種刺激下可在細胞組織中產生滿足這些要求的蛋白質。于是，新型生物傳感器誕生了：強烈的熒光信號表明了細胞組織中生長素的位置，提供了細胞內生長素分布的精確“快照”，且不會對生長素控制過程造成永久影響。

“傳感器的發展是一個漫長的過程，在這個過程中，我們已經獲得了關于蛋白質如何被選擇性地改變以結合特定小分子的基本見解。”拜羅伊特大學蛋白質設計學教授比爾特·哈克說，“預計在未來幾年，新的生物傳感器將發現更多關于植物內部運作以及它們對外界刺激反應的新見解。”