1,210萬歐元資助：研究植物細胞間通訊的最初幾秒

荷蘭的 Wageningen University & Research（WUR）領導的國際研究團隊，已獲得歐元 1,210 萬的 ERC Synergy Grant。在未來六年內，該團隊將繪製植物如何把外部刺激轉化為定向細胞反應的全貌。研究人員特別聚焦於植物細胞信號處理的第一分鐘階段，此階段幾乎一無所知。

植物必須不斷處理熱、光、荷爾蒙、養分與病原體等刺激。之後細胞內到底發生了什麼，目前仍不清楚。WUR 的生物化學教授 Dolf Weijers 正與來自根特、蘇黎世與馬德里的同事合作，研究這一早期通訊是如何發生的。科學家們想要確定哪些受體會接收信號，以及隨之而來的生化過程會是什麼。

同時信號之間的相互作用
該團隊將篩選六十種信號，涵蓋如硝酸鹽與磷酸鹽等養分，以及 pH 值與病原體信號。由於自然界中的植物很少同時只受到單一刺激，團隊也將研究植物細胞如何結合不同信號。它們是否彼此增強、彼此抵消，或是組合後導致完全不同的反應？

迄今為止，研究人員主要觀察在刺激後數分鐘到數小時出現的緩慢反應，例如基因的開啟與關閉。然而，在前幾秒內也可能發生重要變化，這些變化也許能幫助科學家更好地理解植物以及細胞如何進行溝通。「其實，這些第一步在數秒內發生是有道理的，」Dolf 如是說。「細胞內已經存在實現此類信號所需的所有分子。它們只需要彼此結合或改變形狀即可。但我們從未用這種方式研究過這些過程。」

在晶片上測量植物細胞
為了讓這些早期反應可視化，研究人員使用微流控晶片，一塊大約 5×5 公分（2×2 英寸）的塑膠板。培養的植物細胞在毫秒內與含有待研究信號的液體混合。然後，細胞在例如 1 秒、10 秒或 60 秒後被凍結。透過質譜技術，研究人員測量細胞蛋白質的變化，其中包括磷酸化，這是一種使蛋白質被開啟或關閉、進而影響信號傳遞的過程。

以旗桿菌鞭毛蛋白（flagellin）為起始的初步實驗顯示，這些過程展開得多快。某些信號通路的變化僅持續五秒。若以刺激後十五分鐘等傳統測量點來觀察，這些反應便不易被察覺。這些結果也顯示，細胞不僅會嚴格調控蛋白質的開啟，還會嚴格調控其關閉。「這使我們更接近細胞實際感知環境的方式，」Dolf 說。

「這讓我們看到一個以前看不見的全新世界，這不僅是因為技術尚不充足，亦是因為我們尚未充分意識到前幾秒內發生了多少事情。」

四個研究小組，攜手一致的方法
該專案匯集四個研究團隊的專長：WUR、根特大學、蘇黎世大學與馬德里理工大學。這些團隊結合了信號生物化學、細胞生物學、蛋白質分析與計算建模等領域的知識。共同而言，他們將分析約九千份樣本，並建立模型以預測植物細胞對不同信號的反應方式。