种子萌发是植物生命周期中的一个关键环节。这就是为什么小胚胎一直处于休眠状态，直到出现最佳的环境条件。它的修眠质量是由种子的外壳来保证，这种外壳不断产生一种名为ABA的激素。一项由Pohang大学(POSTECH)、Zurich大学(UZH)和Geneva大学(UNIGE)领导的研究揭示了激素在胚胎中的运输是如何被控制，其中至少涉及4个转运体。发表在《自然通讯》上的这些研究结果也应该具有实际应用价值，因为这些知识可以整合到育种计划中，以避免生产过早萌发的种子，从而减少经济和环境损失。
发芽或不发芽：这是植物生命中最重要的问题。只有在最佳的环境条件下，微小的胚胎才会放弃干燥种子高度保护的状态，成为脆弱的幼苗。新制种子的休眠是防止“假启动”的措施之一，如提前萌发不合季节。这一特性保证了种子即使在明显有利的条件下，在吸吸时也会阻碍萌发。此外增加了种子传播的机会，从而避免了同类个体之间的竞争。在2010年发现休眠的种子外壳会持续释放脱落酸(ABA)，这会阻碍种子内胚胎的生长和绿化。这种植物激素在植物绿色期后期也扮演着重要的角色，例如调控叶片蒸腾速率。
网络转运蛋白
韩国浦项科技大学(Pohang University of Science and Technology, POSTECH)综合生物学与生物技术部教授李永淑(Youngsook Lee)说：在植物模型拟南芥中，胚乳维持着休眠状态，胚乳是胚周围种皮内的单细胞层，它合成并不断向胚释放ABA。ABA从胚乳转移到胚胎的机制至今仍不清楚。在与瑞士UZH的合作下，研究人员发现了一个ABA转运蛋白网络，所有的成员都是同一家族的ABC转运蛋白。其中两个协同作用将ABA从胚乳传递到胚胎，而另外两个则将激素导入胚胎。乌兹大学植物生物学研究所博士后Joohyun Kang表示：这四种转运蛋白都需要有效抑制种子萌发。
将荷尔蒙推进树顶
由于一些ABA转运蛋白在植物的整个生命周期中都有表达，这项研究将为研究其他压力和发育相关反应铺平道路，这些反应需要植物体内ABA的短时间和长距离协调运输。研究也应该有实际的应用，因为这一知识可以整合到育种计划中，以避免产生过早萌发的种子。例如突变种子不能合成缺乏休眠的ABA，甚至可能在依附于母体植株时萌发。乌日兹植物生物学研究所教授Enrico Martinoia得出结论说：这种现象被称为胎生繁殖，导致作物物种的经济损失。在种子萌发过程中，种子内的胚胎必须在48小时内发育成能够进行光合作用的幼苗。在此期间，它完全依赖内部储备，而内部储备很快就会被消耗殆尽。
种子胚胎细胞中的原质体(黄色)，细胞壁(棕色)分离两个细胞，它们的液泡(浅灰色)和细胞质(蓝色)。图片：Sylvain Loubéry, UNIGE
因此必须迅速产生功能性的叶绿体，即细胞器，使其能够产生糖以确保其生存。来自日内瓦大学(UNIGE)和瑞士纽夏特大学(UniNE)的研究人员在《当代生物学》(Current Biology)上揭示了控制原质体叶绿体形成的关键元素，而这些原质体是迄今为止研究得很少的细胞器。这样的机制确保了种子一旦决定发芽，就能迅速过渡到自主生长。陆生开花植物的惊人繁殖和多样化主要是由于在进化过程中种子的出现。休眠的胚胎被包裹起来并保护在一个非常耐药的结构中，这有助于分散。在这个阶段，它不能进行光合作用，在萌发过程中，它会消耗储存在种子中的营养储备。这一过程促使一个强壮的胚胎转变为脆弱的幼苗。这是植物生命中的一个关键阶段，它受到生长激素赤霉素(GA)的密切调控。当外界条件不利时，这种激素的分泌会受到抑制。
导入到细胞粉碎器的蛋白质
胚胎的觉醒导致其原质体分化为叶绿体，这是一种通过光合作用产生糖的生物工厂。植物生理学实验室主任兼UniNE副校长Felix Kessler说：成千上万种不同的蛋白质必须输入到发育中的叶绿体中，而这个过程只能在一种叫做TOC159的蛋白质存在时发生。种子如何决定是让胚胎处于受保护的状态，还是冒险让它发芽？Neuchatel小组的研究员、该研究的第一作者Venkatasalam Shanmugabalaji说：研究已经发现，只要GA被抑制，就会建立一种机制，确保TOC159蛋白被运送到细胞垃圾桶，从而被降解。此外其他需要光合作用的蛋白质(TOC159可以促进进入)也面临同样的命运。
高性能生物机械论
当外部条件变得有利于萌发时，GA浓度在种子中增加。生物学家发现，高浓度的这种激素间接阻止了TOC159蛋白的降解。因此后者可以插入原质体的膜中，并使光合蛋白的进口货物，也逃过了细胞的垃圾箱。第一个功能性叶绿体的形成，在48小时内完成，因此保证了从依赖胚胎储备的生长到自主发展的快速转变。这种高性能的机制有助于幼苗在不适宜生存的环境中生存，在这种环境中它将面临许多挑战。
博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《Nature Communications》,《Current Biology》｜研究/来自：日内瓦大学，DOI: 10.1016/j.cub.2018.06.006
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