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生物化学研究植物,了解农业,能源,细胞生物学

Jessica Cardenas, graduate student in the 贝德纳雷克 实验室, working with plants

无论是在轧制领域,温室,或小生长室中,植物被沉浸在生物化学即成熟研究。

在生物化学的澳门太阳赌城-最新网址部门的大学植物研究跨越了从他们如何可以种植或食用农产品或生物能源目的的植物和动物细胞生物学的一个基本的了解。教授 理查德·阿马西诺, 塞巴斯蒂安·贝德纳雷克, 约翰·拉尔夫, 伊万·雷蒙迈克·萨斯曼 - 学生在他们的实验室 - 一切利用植物的独特性能的研究植物是如何工作的,可以得到更好的利用,还能有什么理解,可以在其他情况下的意思。

“植物细胞,在大多数情况下,是不动的,”贝德纳雷克说。 “它的原因植物有趣的研究之一。这使得细胞具有独特的性质,我们能够充分利用得出澳门太阳赌城植物还有其它类型的生物的结论。”

利用生物化学和遗传学工程师更好的植物

amasino是谁使用生化技术和遗传学解开什么调节植物生长和发育,尤其侧重于开花行为的部门的植物生物化学家。他研究,植物经历的环境条件如何影响他们在分子和基因水平带来开花。

他的工作 在近几年一直专注于春化,在开花植物中被阻塞,直到它通过足够的寒流消失的过程。这方面的例子包括花像百合花和蔬菜,如甜菜,白菜,胡萝卜或。他研究了植物包括草短柄和十字花科植物拟南芥的成员。

“在我们研究的是需要冬季植物,有编码在防止植物从开花秋季表达阻遏蛋白的基因,” amasino解释。 “然后,在冬季,在基因表达的变化发生的减轻这种压制。在拟南芥中,阻遏物基因表观遗传学上冬季期间关闭,而在短柄阻遏基因保留在弹簧但是其它开花激活基因的活性冬季重写的压制过程中被导通“。

amasino和他的团队正在努力揭示都参与了这一过程的基因是什么,以及他们如何保持进入他们的开花周期,直到本赛季是正确的草。例如,他们最近发现了一个他们称之为rvr1基因,其在镇压所谓VRN1另一种基因,可以帮助启动春化作用。

植物育种者感兴趣的是这样的基因研究结果,因为它允许他们探索发展农作物,更为高效和有食物或能量更高的产量。

Biochemists in the Amasino 实验室 observe plants in a growth chamber
在amasino实验室的凯文·迈耶(后左)观察植物的生长室本科约翰巴思(右)。 
由罗宾·戴维斯的照片。 

还研究如何获得更多的能量和价值了植物的教授约翰拉尔夫。植物是坚固的,因为部分 聚合物称为木质素 结合植物纤维一起,使茎坚硬耐用。这些特性的植物是伟大的 - 他们已经让他们承受了数百万年 - 但不是理想的释放储存在植物生物能源一样使用的能量。

Biochemist and energy researcher 约翰·拉尔夫
生物化学教授和研究员能源约翰 
拉尔夫。

拉尔夫是木质素的生物化学的权威,尤其是当它涉及到合成它,打破它。他的研究小组研究了什么是责任在基因水平上对合成木质素以及这些基因是如何被改变,以创建木质素这是更容易分解或提供额外的价值。

多年来拉尔夫和他的团队在 大湖生物能源研究中心,装在 威斯康星能源研究所,取得了许多进展。他们已经参与参与木质素生产的新基因的发现。最近,他们已经在发现其中的一些可以用来制造更均匀,而不是复杂的木质素从该聚合物制成新的“单体”,合作者的工作。

该小组还发现,有可能纳入有价值的商品和物质,如药物化合物成木质素的方式,使它们可通过吨什么是当前废料。

与合作者的帮助下,他将自己的改变木质素的想法,使其化学通过专业的研究管道破裂容易。他们展示了一个模型系统的可操作性,发现所需要的基因,并最终基因工程杨树产生“拉链木质素”别人在生物能源领域现在利用更有效地生产液体燃料和纸张。 

“约木质素的至少赞赏的是,尽管它在结构上是复杂的,它是在从它的单体植物通过纯化学方法生产的聚合物,”拉尔夫说。 “这意味着有前所未有的机会,改变在许多方面的聚合物,其中包括许多植物自身都‘探索’在其进化历史,使之为人类更有价值。”

在打击作物病害结构生物学和生物化学援助

生物化学教授伊万·雷蒙的实验室使用 结构生物学 辨别蛋白质如何发挥作用。而大部分的实验室工作的重点放在马达蛋白肌 - 事实上他是一个先解决肌球蛋白的结构,肌肉最重要的马达蛋白 - 一个研究生的项目承担 枯萎 赤霉病,真菌感染,可以影响作物。 

Biochemistry graduate student Karl Wetterhorn
研究生卡尔
韦特霍恩。 

卡尔韦特霍恩已经延续了老本行在雷蒙实验室调查的方式灭活毒素真菌赤霉病释放到植物上,一旦它的土地上他们。由研究生十几年前开始,然后传递到第二和最后韦特霍恩,该研究已成功增强的天然大米酶可能防止真菌从谷类作物如小麦蔓延。

真菌是毁灭性的 - 并可能导致超过十亿$利润损失的一个糟糕的一年 - 因为找到它的方式到麦头后,它会产生霉菌毒素,防止工厂从自己辩护。无论毒素得到,植物不能合成酶的任何保护自己。以前的学生已经发现,从减少毒素的伤害极大,但结构和化学机制仍然是未知的酶。

“下一个步骤是确定该结构和机制,然后展开酶的特异性,因为它仅在真菌产生的毒素的一部分工作,”韦特霍恩解释。 “我们采取了我们从确定所述酶的结构获得和使用的扩展的活性位点的结构信息”。

Journal cover from the Rayment 实验室
杂志封面描绘 枯萎
赤霉病从雷蒙实验室。

酶增加了一个葡萄糖分子 - 糖的类型 - 对毒素的特定部分。大分子可能通过抑制毒素绑定到植物的蛋白生产机械,这将导致其停止工作。他表示,下一步是植物育种工程小麦来表达这种酶,以测试它是否可以帮助他们对抗真菌。

下一个挑战韦特霍恩面临的是,即使他们的新酶可以阻止可能蔓延的真菌,真菌的任何存在仍然是有毒的动物和人类。他们正在寻找打破特定债券的毒素灭活它为好。他们都在寻找一种天然存在的酶,并试图以一个工程师可以帮助解决这个问题。

“总的来说,我感兴趣的是如何演变的影响酶及其特殊性,”雷蒙说。 “我们正在采取双管齐下的方法来发现这种酶能完全灭活毒素。你真的需要这两者。我们很高兴看到这项工作继续走。”

什么植物能告诉我们澳门太阳赌城动物吗?

研究植物不仅仅揭示植物是如何工作的光。它也可以在动物细胞是如何揭示 - 包括人类 - 的工作。  

教授塞巴斯蒂安·贝德纳雷克的实验室使用 拟南芥,与白菜和芥菜植物,来研究细胞生物学广泛。他的研究探讨了植物细胞分裂如何创造新的细胞和植物如何细胞过程都涉及到那些在动物细胞中。

生物化学教授 塞巴斯蒂安·贝德纳雷克
生物化学教授 
塞巴斯蒂安贝德纳雷克。

植物和动物都获得通过将他们的细胞,使更多的细胞更大,并且该过程包括使用一些常见的进化上保守的蛋白质。然而,不像动物细胞中,新的膜和细胞壁该单独的分割的子细胞的结构是一个内而外的过程。而非细胞壁来自外部在一起,并夹断形成两个细胞,植物细胞必须建立从内到外的新结构来划分被固定在适当位置的两个小区。

这种细胞结构 - 被称为植物中的电池板 - 是蛋白质,脂类和细胞壁多糖的复杂而有组织的汞合金是的看门人得到什么样的,什么失控的细胞。正因为如此,在分裂的植物细胞,这将成为新的子细胞之间的膜和细胞壁创建电池板,是不小的功绩。

单元板的各个部件内很大程度上作出和穿梭到分割区域来组装它。这是密切BEDNAREK研究的过程。

学生们 in the 贝德纳雷克 实验室 work with plants.
顶部:的研究生杰西卡·卡德纳斯 贝德纳雷克 实验室展示 
高中实习生如何用苗工作。 
底部:的研究生达纳dahhan 贝德纳雷克 实验室 
操纵在实验室的植物。 

“你有非常复杂的贩卖仍在进行中,小泡,或舱室,在分型面到达,”贝德纳雷克说。 “囊泡融合和扩大基本出像照相机的光圈。直到它与外膜融合它从内到外越做越大。在这一点上,它看起来像瑞士奶酪。但我们知道,细胞膜是一个更坚实的结构,使细胞则必须做更多的工作来实现这一目标。我们研究这一切是如何发生的。”

对于贝德纳雷克,利用拟南芥作为模式生物是不是只是为了能够提供有关其他植物是如何工作的洞察力,也有动物和人类一样。他的实验室是蛋白质运输高度兴趣 - 在细胞蛋白质的令人难以置信的阵列如何采取他们被创建后需要的地方,并终于迈出被分解或之后回收。

例如,研究生 杰西卡卡德纳斯(顶部图)和Dana dahhan 调查的蛋白质称为CDC48作为用于使单元板的形成是必需的,与许多其他功能一起。他们说环形蛋白类似于套筒扳手手柄。不同的蛋白质,或不同尺寸的“插座”,重视它,并帮助其绑定到许多其他蛋白复合物。研究人员表示,灭活或失去这个蛋白引起植物生长的胚胎或苗期逮捕。

“我被吸引到澳门太阳赌城-最新网址,因为我知道有这么多,在植物在部门工作强实验室” dahhan说。 “植物是可以握在手里的模型因为他们是固定的也有缺点,但也可以帮助我们更好地研究它们的优势。我也知道,膜运输非常适用于很多研究领域“。

该CDC48与被称为PUX1作品“套接字”的蛋白质之一。当它结合扳手柄,它打破它拆开,所以它可以不再履行其许多功能。这意味着PUX1是所谓拆卸因素。

他们已经发现了奇怪的事情是,灭活PUX1使植物生长更快,他们正在试图找出这是为什么。另外,
在人类类似CDC48蛋白具有角色糖尿病和癌症,这是东西贝德纳雷克实验室和其他人可以探索为好。

“我们使用的是植物的原因是,他们实际上是一个奇妙的工具来获得这些问题,”他说。 “有这个工作,让我们得到的东西,它们都进化植物和其他生物和那些工厂的具体之间保守的一个广泛的方面。你可以尝试,看看有什么在所有系统中保守学到很多东西。你可以看到什么是独特的地点和时间新的细胞和分子进化工具“。


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故事由:凯恩korzekwa

拍摄者: 
罗宾·戴维斯