生物学家研究辅助生物钟的机制

今年12月，诺贝尔医学和生理学奖将颁发给发现控制果蝇生物钟基因的科学家。比勒费尔德大学的生物化学家教授多萝西·斯泰格博士20年来一直在研究植物的内部生物钟。她的团队现在在研究杂志上发表了一项新的研究基因组生物学报告指出，除了内部时钟之外，还有一种蛋白质充当“辅助时钟”，确保细胞内例行公事的发生。

“生物钟确保植物的新陈代谢能及时适应环境，从而使其能够直接利用第一缕阳光进行光合作用，例如，产生碳水化合物，”Dorothee Staiger说。

正如诺贝尔奖得主所证明的那样，植物、动物和人类基因组中的单个基因控制着生物钟。信使rna在一天中的特定时间在这些基因上产生。这些分子开始形成时钟蛋白，反过来在一天中的固定时间达到最高浓度。

时钟蛋白每隔24小时就会开启或关闭自己的基因。因此，他们要对自己的节奏负责。的时钟蛋白质还要确保细胞中的其他基因在一天中最好的时间处于活跃状态。它们在特定的时间启动不同的过程，包括开花和抵御病原体。另一个例子是人类的睡眠-觉醒节奏。

现在，斯泰格和她的团队用模型植物拟南芥(芥菜)详细检查了生物钟的另一部分。在这个过程中，他们发现了一个“辅助时钟”蛋白质叫AtGRP7。“有趣的是，AtGRP7蛋白的行为几乎像一个时钟蛋白——它影响自己的24小时节奏，”蒂诺博士说，Köster。“因此，AtGRP7蛋白的数量在白天上升，在晚上再次下降。”Köster和他的同事Katja Meyer是这项研究的主要作者。

根据研究人员的说法，这是由每日循环循环造成的，该循环可分为三个阶段。“在第一阶段，蛋白质与自身的信使RNA结合，并在夜间将其分解。在第二阶段，信使RNA的减少导致AtGRP7蛋白的形成减少。在第三阶段，蛋白质数量的减少确保了新的信使RNA可以再次形成。“这标志着新一轮的开始，”Katja Meyer说。

这项研究的一个新发现是，这种蛋白质不仅能与自身的信使RNA结合，还能阻断细胞内的许多其他信使RNA。Staiger的团队和他们在Halle-Wittenberg大学的合作伙伴必须在植物细胞中找到蛋白质所在的所有信使rna。此外，生物学家们将这种植物用紫外线照射了大约两分钟。这导致信使rna与蛋白质牢固结合。然后，他们分离出该蛋白质，并通过高通量测序方法识别出与之结合的rna。这种新方法被称为iCLIP。它最初是为动物细胞培养开发的。“在这项新研究中，我们是世界上第一个将iCLIP方法应用于整株植物的研究团队，”Dorothee Staiger说。

在进一步的步骤中，研究人员检查了蛋白质与细胞中结合的信使rna的作用。为了进行分析，研究人员人工增加了几种植物中AtGRP7蛋白的含量，并检测了这对信使rna的影响。“我们能够证明，AtGRP7数量的增加可以破坏一些信使rna的节奏。这意味着AtGRP7作为一个辅助时钟，根据一天中的时间在内部时钟和信使rna之间进行中介，”Katja Meyer说。

这项研究由德国研究基金会(DFG)资助，服务于基础研究。“我们的目标是了解自然界的基本相互关系，”斯泰格说。在这种情况下，我们了解到内心是如何时钟确保更多的小时钟被设置在运动中。我们学习哪些策略植物用来适应不断变化的环境条件。”