Genome-wide identification of the PSK family and the association between SlPSK7 and auxin signaling in tomato
本研究鉴定了番茄中的八个 PSK 家族基因，并证明了 SlPSK7 通过表现出与生长素响应平行的表达模式以及对 ARF 基因的调节作用，在果实发育过程中作为生长素信号传导的正向调节因子发挥作用。
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植物虽然没有神经系统，却在不断地进行交流。它们通过发送化学信号来告知细胞何时分裂、何时伸展以及何时停止生长。其中一种信号是一种被称为植物硫激肽（phytosulfokine）的微小分子，它是由短链氨基酸组成的，充当着在细胞间传递信息的信使，负责协调生长并帮助植物应对压力。另一种关键信号是生长素（auxin），这种激素指导植物发育其形状，并且在像西红柿这样的结果作物中，决定了一朵花是会变成果实还是直接凋落。当西红昨花受粉时，生长素水平上升，向子房发出指令开始发育成为果实。如果这种信号过弱或缺失，花朵就会凋谢，无法形成果实。了解这些不同的化学信使如何相互对话，对于提高农作物产量至关重要，尤其是在全球粮食安全依赖于可靠收成的背景下。
在最近的一项研究中，中国东渡大学的研究人员致力于绘制负责产生西红柿植物硫激肽的基因家族图谱，并观察该家族中的一个特定成员在果实形成过程中如何与生长素系统相互作用。他们首先扫描了整个西红柿基因组（即植物完整的遗传指令集），以寻找每一个编码这种肽类激素的基因。他们识别出了八个不同的基因，并将它们命名为 SlPSK1 到 SlPSK7，其中包括一个密切相关的变体 SlPSK3L。这些基因散布在植物遗传密码的七条不同染色体上。随后，研究人员通过将这些基因与马铃薯、水稻以及一种名为拟南芥的小型杂草中的相似基因进行对比，研究了这些基因的进化历史。他们发现，西红柿基因与马铃薯中的基因亲缘关系最近，这反映了它们在茄科植物家族中的共同血统。这一分析证实，这些基因在数百万年的进化过程中一直保持着保守性（即保持相似），表明它们为植物履行着至关重要且不变的任务。
随后，团队检查了这些八个基因在何时以及何处被激活。他们发现，虽然有些基因在根部或叶片中活跃，但一个特定的基因——SlPSK7，表现得截然不同。它在花蕾开放前夕高度活跃，但在植物的其他部分并不活跃。这种模式表明，SlPSK7 可能在花朵决定是否变成果实的瞬间扮演着特殊角色。为了验证这一想法，研究人员使用各种化学调节剂处理了西红柿植株。他们应用了一种合成生长素（一种阻断生长素移动的化学物质），以及一种阻止植物产生乙烯（另一种通常与生长素竞争的激素）的化学物质。当他们增加生长素水平或减少乙烯水平时，SlPSK7 基因的活性上升。相反，当他们阻断生长素的移动时，SlPSK7 的活性下降。这显示出一种明确的联系：该基因直接响应生长素的存在，在果实生长的信号增强时被激活。这表明 SlPSK7 是一种开关，有助于开启果实坐果所需的生长素机制。
为了准确理解 SlPSK7 如何影响植物，研究人员进行了一系列实验，人为改变了花蕾中该基因的数量。他们使用一种方法将遗传物质直接注入花朵的子房，从而实现增强该基因的活性或将其完全沉默。当他们增加 SlPSK1 的活性时，观察到一组被称为 ARF 的基因活性剧烈上升，这些基因是生长素信号的主要驱动者。在一种特定情况下，ARF7 基因的活性比正常水平高出近六倍。当他们使 SlPSK7 沉默时，这些相同的 ARF 基因的活性显著下降，降至正常水平的三分之一左右。这表明 SlPSK7 扮演着开关的角色，有助于开启果实坐果所需的生长素机制。
研究还揭示了该系统运作的一个令人惊讶的细节。通常，当植物激活其生长信号时，它也会产生一种名为 IAA9 的“刹车”蛋白，以防止信号变得过强。研究人员原以为增强 SlPSK7 会降低这种“刹车”水平。然而，他们发现当 SlPSK7 活跃时，这种“刹车”蛋白也会增加。这表明植物可能拥有一个复杂的反馈回路，即同时踩下“油门”和“刹车”，以精细调节生长过程，确保果实能够正确发育而不会失控。虽然研究人员目前还无法证明 SlPSK7 是否通过物理接触其他蛋白质来引起这些变化，但证据有力地表明它是一个正向调节因子，即一个支持生长素途径的辅助者。
这些发现为西红柿花朵内部发生的分子对话提供了更清晰的图景。通过将 SlPSK7 识别为与生长素协同工作的关键角色，这项研究为那些希望改善西红柿坐果率的科学家提供了一个新的目标。如果农民或育种者能够学会操控这个基因，他们或许就能在授粉困难的情况下，鼓励更多的花朵转化为果实。这项研究并不声称已经解决了果实生产的问题，但它成功地绘制了关键的一块版图，展示了这种微小的肽类激素如何协助协调花朵变成果实这一复杂的决策过程。
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