小小油菜花 植物科研“大功臣”

房裕东

每年春夏是油菜花盛开的季节。我国地大物博，不同地区的气候差异较大，油菜花开放的时间也不尽相同：在南方的云南，人们在2月份就可见到盛开的油菜花；但在北方的青海，人们可能要等到7月份才能欣赏到黄灿灿的油菜花。不管何时，微风下摇曳的油菜花都像金黄的精灵一般，吸引着络绎不绝的游客前往欣赏。

油菜全身都是宝：幼苗可作蔬菜食用；花是重要的蜜源植物；种子的含油量为35%～50%，可用来榨油；榨油之后的油渣富含蛋白质，是良好的动物饲料……油菜不仅是重要的农作物，还是推动中国植物科学研究的“大功臣”。

第二次世界大战结束后，全球人口数量迅速上升，各国植物学家都希望找到能让作物快速生长的“神药”，以解决迫在眉睫的粮食短缺问题。美国科学家米切尔发现，某些植物的花粉落到雌蕊柱头上后萌发出的花粉管生长得非常迅速，于是决定从花粉入手寻找能让植物快速生长的物质。功夫不负有心人，1941年，米切尔发现玉米花粉中的某种物质能有效促进豌豆茎部细胞的伸长。不过，想要将这种物质从花粉中提取出来，并非易事。米切尔研究小组用了近30年的时间，终于从油菜花粉中提取出了一种能促进植物茎秆伸长和细胞分裂的高活性物质，并将它命名为“油菜素”。米切尔认为它是一种新的植物激素，仅使用极小量就可显著促进植物生长。不过，也有科学家认为，米切尔并不能确定“油菜素”的具体化学成分，也不清楚它在植物体内的作用机制，所以不能贸然将其归为植物激素。

米切尔的研究成果引起了美国农业部的注意，他们认为“油菜素”具有非常广阔的应用前景，于是启动了一项长达十年的计划，希望分离和纯化“油菜素”中的活性物质，并通过对它的研究来促进农业生产。尝试了多种方法后，美国农业部的科学家们终于从227千克油菜花粉中提取出了10毫克活性物质。经鉴定，这种活性物质是一种醇类小分子物质，它被命名为油菜素内酯（Brassinolide，BR）。油菜素内酯广泛存在于植物的组织器官中，虽然含量极低，却对植物生长发育的各个阶段起着非常重要的作用，包括种子萌芽、茎伸长、根发育、叶片形状发育与衰老、运输系统的分化、花粉管伸长、植物免疫和抗逆反应等。

虽然在农业应用上，油菜素内酯已被证实能促进农作物的生长、增强农作物对各种逆境的抵抗性，但人们一直不明确它在植物体内的具体作用机制。直到20世纪90年代，在拟南芥遗传学研究兴起的基础上，科学家们才证实了油菜素内酯在植物体内的生理功能，油菜素内酯也于1998年被正式列为植物激素。至此，油菜素内酯仿佛一把“钥匙”，打开了细胞生长与伸长的大门，科学家们迫切地想弄明白植物是如何感受油菜素内酯，而油菜素内酯又是如何打开细胞之门的。

谈及对油菜素内酯在植物体内功能的研究，就不得不提到中国科学家做出的卓越贡献。

20世纪90年代，美国加州大学圣迭戈分校的史蒂芬·克劳斯教授从拟南芥入手，欲寻找细胞上油菜素内酯的受体（即所谓的“锁”），但几经波折未能成功。没想到，美国索尔克生物研究所的乔安妮·乔瑞教授（美国著名遗传学家和植物学家）却误打误撞地从上万个基因中成功找到并定位了这把“锁”，即BR受体蛋白（BRI1）。

找到受体后，接下来的工作便是弄清楚它的结构，从而了解作为“钥匙”的油菜素内酯究竟是如何与它进行作用的。当时参与这项研究工作的有三位中国科研人员，他们是李建明、王志勇和王学路，均为乔瑞教授实验室的博士后。他们分别从不同角度剖析了受体的结构与功能。

最先开始研究的是李建明。他发现受体是一种跨过细胞膜的蛋白质，这种蛋白质在细胞膜外侧和内侧有着不同的功能：在细胞膜外侧（胞外区）时，负责与油菜素内酯结合，也就是“钥匙”插入的部位；在細胞膜内侧（胞内区）时，负责将油菜素内酯的信号传递给细胞，也就是“锁住门”。除此之外，还有一个连接这两大部分的跨膜区。

接着，王志勇针对胞外区进行了一系列深入研究。动物体内与油菜素内酯结构类似的笛醇类小分子激素，一般都是直接穿过细胞膜进入细胞内部；而王志勇的研究证明，植物体内的油菜素内酯并不是直接进入细胞，而是依靠细胞膜表面的受体传递信号。也就是说，油菜素内酯是直接且特异性地与受体胞外区进行结合的。

王学路则从胞内区入手，研究受体是如何被打开并引发下游反应的。他发现，当细胞膜外没有油菜素内酯时，受体处于失活状态，胞内区同源二聚化；而当油菜素内酯进入后，二聚化会被解开，受体也转变成激活状态。受体被激活后，还需要在一个蛋白共作用因子的帮助下才能够向下传递BR信号，这个共作用因子是共受体激酶BAK1，它的发现主要归功于黎家教授。黎家教授长期从事植物激素油菜素甾醇领域的研究，在阐明其生物合成、代谢调控及信号转导的分子机理方面做了许多原创性工作。

在研究油菜素内酯的受体方面，包括上述几位在内的中国科学家做出了巨大贡献。他们现在早已是世界植物激素领域举足轻重的人物。在这些科学家的带领下，中国植物科学研究飞速发展，目前处于国际领先地位。毫不夸张地说，正是那一朵朵小小的油菜花，推动了中国植物科学研究的巨大进步。