Ronald Koes或許從未想到，對為何有的矮牽牛花是紅色，有的卻是藍(lán)色的探尋之旅，會將其帶到美國加州的檸檬園。不過，這位荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)的遺傳學(xué)家因此解答了一個長期存在的問題：為何一些檸檬是甜的，另一些卻很酸？秘密在于一種讓細(xì)胞酸性更強(qiáng)的強(qiáng)大分子泵。
由于酸性嚴(yán)重破壞細(xì)胞的功能，因此植物細(xì)胞會將質(zhì)子——帶電的氫原子泵入液泡，從而將酸性物質(zhì)同細(xì)胞其他部分隔離。不過，這種酸性對于很多東西來說是必需的。例如，矮牽?；ǖ幕ǘ浼?xì)胞需要高濃度質(zhì)子以便將花瓣“染紅”，否則花瓣呈藍(lán)色。在柑橘類水果中，這些質(zhì)子觸發(fā)人類的酸味味蕾：質(zhì)子越多，水果嘗起來越酸。
2014年，Koes團(tuán)隊在紅色矮牽?；ǖ募?xì)胞中發(fā)現(xiàn)了一種新的液泡泵。它曾被認(rèn)為僅存在于外層細(xì)胞膜中。這種液泡泵更加強(qiáng)大，能將足夠多的質(zhì)子一起泵入液泡，從而使矮牽牛花的花朵保持紅色。Koes和同事想知道，相同的液泡泵是否在諸如檸檬等酸性水果中也很活躍。
美國加州大學(xué)河濱分校遺傳學(xué)家和植物育種家Mikeal Roose將十幾個甜的和酸的檸檬、橘子、柚子和萊檬品種樣本寄給Koes團(tuán)隊。研究人員分析了每種水果的DNA，并且測量了兩個基因的活性。這兩個基因編碼了產(chǎn)生強(qiáng)大分子泵的一對蛋白質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，它們在酸的植物中非常“忙碌”，但在甜的植物中并非如此。Koes和同事在日前出版的《自然—通訊》雜志上報告了這一成果。
研究人員認(rèn)為，當(dāng)基因不活躍時，分子泵也不會產(chǎn)生，因此氫離子不會累積。這讓水果變得更甜。在不同的水果品種中，經(jīng)過幾千年的培養(yǎng)，分子泵被多次打開關(guān)閉，而這通常由改變兩個基因如何被調(diào)控的育種實現(xiàn)。類似的過程可能在花朵中發(fā)揮作用，使其顏色變得更紅或者更藍(lán)。事實上，和甜水果相比，酸水果的花往往更紫。這歸因于其保留紅色 色素的能力。
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https://doi.org/10.1038/s41467-019-08516-3
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