據(jù)國外媒體報(bào)道,，美國科學(xué)家最近發(fā)現(xiàn)了一種奇異的草本植物，這種草本植物能夠自己制造出能抑制并殺滅周圍雜草的天然廣譜除草劑,，并有可能給人類帶來更加有效和環(huán)保的除草劑。該項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的研究報(bào)告發(fā)表在最近一期的《美國國家科學(xué)院院刊》上，作者是美國康奈爾大學(xué)的弗蘭克·施羅德與塞西爾·博汀,。
現(xiàn)任非洲制藥公司研究部主任的塞西爾·博汀是最先發(fā)現(xiàn)這種奇異植物的人，他在尋找可用于制藥的生物資源時(shí)發(fā)現(xiàn),，用于普通草坪的酥油草的某些變種能夠抑制周圍其它植物的生長,，但由于這些酥油草變種對(duì)周圍植物的抑制機(jī)制不清楚，康奈爾大學(xué)波依斯-湯普森植物研究所的助理科學(xué)家弗蘭克·施羅德開始對(duì)酥油草進(jìn)行深入研究,。
施羅德與同事對(duì)這些酥油草變種根部的釋放物進(jìn)行了排除分析,，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，一種叫做m-酪氨酸(meta-tyrosine)的氨基酸就是酥油草變種用來抑制周圍雜草生長的除草劑,。m-酪氨酸的結(jié)構(gòu)接近于p-酪氨酸(para-tyrosine,，是形成蛋白質(zhì)的20種常見氨基酸之一)。施羅德對(duì)這個(gè)發(fā)現(xiàn)感到意外,，他說：“我們起初也不相信m-酪氨酸與酥油草變種具有的超強(qiáng)除草能力有何關(guān)聯(lián),但當(dāng)我們對(duì)m-酪氨酸進(jìn)行模擬測(cè)試后發(fā)現(xiàn),，它雖對(duì)菌類、哺乳動(dòng)物和細(xì)菌沒有抑制作用,，但對(duì)植物(不包括菌類)卻能產(chǎn)生極強(qiáng)的毒性,，起到抑制和殺滅效果”。
目前,，施羅德正與同事一起對(duì)酥油草變種根部釋放的m-酪氨酸的除草機(jī)制進(jìn)行深入研究,，并且取得了一些成果。例如,，施羅德注意到,，酥油草變種能夠成功地抑制進(jìn)而殺滅周圍的其它植物，除了m-酪氨酸外,，還依賴于另一種普通的氨基酸——苯基丙氨酸(植物合成細(xì)胞壁和木質(zhì)素必需的一種氨基酸),。施羅德解釋說，這很好地解開了曾困擾著研究人員的一個(gè)疑問,，那就是,，酥油草變種為何自身不會(huì)被釋放的m-酪氨酸殺死，而且酥油草變種所產(chǎn)生的m-酪氨酸和苯基丙氨酸的量都很大,，兩者之間會(huì)不會(huì)有著某種關(guān)系,？研究人員對(duì)此進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)暴露于m-酪氨酸的植物快被殺死時(shí),，往其根部添加苯基丙氨酸,，這些植物就會(huì)很快恢復(fù)生機(jī)?？磥?，酥油草變種在從根部大量釋放m-酪氨酸的同時(shí)，又大量地釋放苯基丙氨酸來替自己解毒,，在植物中發(fā)現(xiàn)這樣的生存競(jìng)爭模式還真不多見,。
至于m-酪氨酸為何能抑制植物的生長進(jìn)而導(dǎo)致其死亡，施羅德猜測(cè)道：“苯基丙氨酸,、m-酪氨酸以及p-酪氨酸在結(jié)構(gòu)上都十分相似,，可能正是由于這種相似性,m-酪氨酸得以冒充其它植物根部所釋放的高濃度苯基丙氨酸,而m-酪氨酸的一般功能是給植物傳遞苯基丙氨酸合成的負(fù)性反饋信號(hào)。也就是說,，m-酪氨酸干擾了植物正常的苯基丙氨酸合成功能,，從而抑制了植物的生長”。施羅德還提出了一個(gè)問題：既然酥油草很普遍,，那么為什么只有某些變種才具有強(qiáng)效的天然除草能力,，研究人員為什么很久都沒注意到m-酪氨酸的這種功能？施羅德認(rèn)為這可能是由于植物所釋放的m-酪氨酸的數(shù)量高度依賴于環(huán)境因素,，酥油草等植物一般情況下釋放的m-酪氨酸量很小,，只有滿足特定的環(huán)境條件才會(huì)從根部釋放出大量的m-酪氨酸,。施羅德表示,，他們目前正在尋找這些特定因素。
施羅德認(rèn)為,，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的意義重大,，它不僅使我們對(duì)“他感作用”(指植物通過釋放化學(xué)物質(zhì)影響周圍的其它植物)有進(jìn)一步的了解，而且有可能培育出更有效,、更天然的除草劑(m-酪氨酸自身極易溶于水,，不能直接用作除草劑)，減少對(duì)合成除草劑的需求,。(新浪科技 辛良生)
原始出處:
Published online before print October 11, 2007, 10.1073/pnas.0707198104
PNAS | October 23, 2007 | vol. 104 | no. 43 | 16964-16969
From the Cover
BIOLOGICAL SCIENCES / ECOLOGY
Grass roots chemistry: meta-Tyrosine, an herbicidal nonprotein amino acid
Cécile Bertin,, Leslie A. Weston, Tengfang Huang, Georg Jander, Thomas Owens, Jerrold Meinwald¶,||, and Frank C. Schroeder¶,||
Departments of Horticulture, Plant Biology, and ¶Chemistry and Chemical Biology and Boyce Thompson Institute, Cornell University, Ithaca, NY 14853
Contributed by Jerrold Meinwald, July 31, 2007 (sent for review May 28, 2007) (received for review May 28, 2007)
Fine fescue grasses displace neighboring plants by depositing large quantities of an aqueous phytotoxic root exudate in the soil rhizosphere. Via activity-guided fractionation, we have isolated and identified the nonprotein amino acid m-tyrosine as the major active component. m-Tyrosine is significantly more phytotoxic than its structural isomers o- and p-tyrosine. We show that m-tyrosine exposure results in growth inhibition for a wide range of plant species and propose that the release of this nonprotein amino acid interferes with root development of competing plants. Acid hydrolysis of total root protein from Arabidopsis thaliana showed incorporation of m-tyrosine, suggesting this as a possible mechanism of phytotoxicity. m-Tyrosine inhibition of A. thaliana root growth is counteracted by exogenous addition of protein amino acids, with phenylalanine having the most significant effect. The discovery of m-tyrosine, as well as a further understanding of its mode(s) of action, could lead to the development of biorational approaches to weed control.
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