植物生长和动物胚胎根部的促生长、抗衰老化合物
发芽的豆苗生长侧根。现在，研究人员已经确定了这一现象背后的化合物。来源：Mindaugas Kriksciukas/GPhase
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植物根和动物胚胎的成功发育依赖于相同的化学物质。
青蛙蛋与抗衰老面霜有什么共同点？它们的成功取决于一组称为类视黄醇的化合物，它们能够生成和再生组织。
一项针对植物的新研究表明，类视黄醇的组织生成能力也有助于根部的适当发育。
如果你曾经种过萝卜种子，你就会知道它所做的第一件事就是长出一根长长的垂直根。给它更多的时间，它会得到垂直于植物茎的更小的根。随着时间的推移，这些侧根会反复分枝并展开，形成一个稳定和喂养植物的网。
这些侧根不只是随机弹出。它们出现，然后按照节奏沿着主轴以规则的间隔分支出来。直到现在才知道是什么调节和决定了它们的发展和节奏。
发表在《科学》杂志上的一项新研究中，由加州大学圣地亚哥分校助理教授亚历山德拉·迪金森和杜克大学保罗·克莱默生物学杰出教授菲利普·本菲领导的研究小组确定了这种化合物这在触发植物侧根的发育中起着关键作用。
研究小组有一个很好的嫌疑人：视网膜，一种类视黄醇，看起来很符合要求。
在人类以及所有脊椎动物中，将受精卵转变为带有轻微跳动心脏的胚胎需要干细胞分化、特化并生成特定组织，例如骨骼、血管和神经系统。这个过程由视网膜启动和调节。然而，动物不能产生自己的视网膜，它们必须从植物或以植物为食的动物身上摄取。
“我们知道植物有能力产生这种化合物，它对动物发育非常重要，因此也很想检查它在植物发育中的作用，”作为博士后研究的一部分领导这项研究的迪金森说在杜克。
为了让植物充分利用视黄醛，视黄醛分子必须与植物细胞内的蛋白质形成一个标签团队，这一过程称为蛋白质结合。
为了测试视黄醛是否确实落后于侧根发育，迪金森和她的团队用一种染料处理幼苗，当视黄醛与细胞内的蛋白质结合时，这种染料会发光。随着幼苗的生长，主根尖附近出现了发光的小点。不久之后，那些发光的点就会长出一个侧根。
随着幼苗的发育，该过程定期重复，表明侧根的生长之前是视网膜结合的峰值。
为了证实他们的发现，该团队将视黄醛直接应用于植物的主根。得到视网膜增强剂的幼苗比正常情况下长出更多的侧根。
为了更加确定，该团队应用了一种使植物无法产生视黄醛的化合物，并发现这些幼苗很少产生侧根。
然后他们将视黄醛直接应用到这些幼苗的主根上，果然，侧根开始在应用视黄醛的地方开始发育。
发光机制就是电子跃迁，不同的稀土离子，具有不同的能级，这些能级像原子之间的能级一样，会以一定的几率向低能级跃迁，从而给出发光。
“我们看待这个问题的所有方式都非常积极，”本菲说。
“如果胚胎在发育过程中缺乏视网膜，它就会出现发育缺陷，”本菲说。“这与植物及其侧根所发生的情况惊人地相似。”
相似之处还不止于此：动物胚胎的细胞依靠特殊的蛋白质从周围环境中获取视网膜。植物产生自己的类视黄醇，但它们仍然需要特殊的蛋白质来结合它们并激活发育过程。
研究小组发现，植物用来结合视黄醛的蛋白质是在动物细胞中发现的蛋白质的分身。它们是不同的，但具有相似的结构和形状。
“发现触发根发育的信号和结合它的蛋白质是非常令人兴奋的，”Benfey 说。
植物和脊椎动物是非常不同的生物，它们的进化路径在 15 亿年前就已经分道扬镳了。发现两者在发育过程中都使用密切相关的化合物来产生新组织，这是自然界独立地为两种截然不同的生物体中的类似问题达成类似解决方案的一个例子，这种现象称为“趋同进化”。
维甲酸有多种医疗用途，从痤疮霜到癌症治疗。发现它们调节植物根组织发育的确切方式打开了一扇全新的大门。
“我们发现了一种新的途径，可以为细胞提供信息并说服它们建造一个新的器官，而不是做最初分配给它们的工作，”迪金森说。“所以也许我们可以从植物中提取一些东西，并用它来更好地了解人类身上发生的事情。”