木质素合成对植物发育的影响比以前想象的要深远得多。木质素是一种分子纤维，可以使植物长高并运输水分。
普渡大学生物化学特聘教授Clint Chapple说:“我的实验室一直对研究我们可以修改植物的程度，特别是木质素生物合成途径有很长的兴趣。”“在构成植物体的所有成分中，木质素是最容易操纵的。这是有影响的。制浆造纸过程实际上就是去除木质素。”
木质素还影响动物原料和用于生产生物燃料的植物生物量的质量。“多年来，我们在这方面取得了一些重大成功。但我们遇到了一组我们无法解释的观察结果，”查普尔说。
Chapple的团队通过基因工程改造了拟南芥(Arabidopsis thaliana)中化学前体的流动，这些前体为导致木质素生物合成的途径提供营养，拟南芥是一种广泛使用的实验植物物种。
“当我们采取两种单独运作良好的策略并将它们结合起来时，我们得到的植物只有几英寸高，而不是协同效应。我们真的很困惑，”查普尔回忆道。
研究人员提出了四个主要观点来解释这一现象。2020年在普渡大学(Purdue)获得生物化学博士学位的法比奥拉·穆罗-维拉纽瓦(Fabiola Muro-Villanueva)说:“关于哪一个或哪几个是正确的，存在很多不确定性。”
为了了解更多，Muro-Villanueva花了几年时间进行了艰苦的实验，测试了各种植物衍生的化学物质对数千种植物的影响。最后，她找到了一种方法，通过提供一种叫做松脂醇的化合物来恢复植物的生长。Muro-Villanueva, Chapple和来自普渡大学和其他地方的九位合著者在《美国国家科学院院刊》上发表了他们的研究结果。
“它似乎是一种类似激素的生长化合物，”现在是哈佛大学分子和细胞生物学博士后的Muro-Villanueva说。
在研究的早期阶段，Muro-Villanueva观察到了植物侧根(组成根系的分支)产生的变化。它们的根毛也发生了变化对吸水很重要。
查普尔说:“这些都是植物发育的方面，与木质素并没有多大关系。”
研究人员给这些植物添加了一种叫做针叶醇的化合物，这是木质素形成的关键前体化合物。这导致根毛长得又大又正常，而不是看起来又短又畸形。
“这真的非常出乎意料，”查普尔说。“这些化合物在植物中似乎有一些我们以前没有意识到的功能。”
到目前为止，植物科学家普遍认为松脂醇只是木质素的组成部分。“我们的证据表明，它不仅仅是替换木质素中的一个组成部分。我们不知道其机制，但我们认为这里有一个更大的故事，”Muro-Villanueva说。
这些发现为一长串植物能力的清单增添了新的见解。
“植物是优秀的化学家。他们制造了各种各样的化合物，这些化合物本质上很有趣，”查普尔说。总的来说，它们产生成千上万种化合物，尽管单独来说，它们通常专门产生与特定植物有关的特定化合物。
“它们有很多功能。它们使植物能够抵抗紫外线。所以基本上，植物会自己制造防晒霜。”它们还能阻止昆虫和细菌的攻击。从人类的角度来看，这些化合物中的一些赋予我们的食物风味或香气，而另一些则具有药用价值。
“这是基础研究，”查普尔说。“但是，如果我们要通过操纵植物来优化这些过程来推动生物燃料的发展，那么我们必须彻底了解这些途径和化学物质在植物发育中的作用。”
否则，他担心研究人员可能会将新开发的品种投入该领域，结果却发现它的表现不如预期，因为他们缺乏对关键生物合成途径能做什么和不能做什么的批判性理解。
查普尔说:“我们需要更好地了解植物是如何感知和响应这些化合物的。”“它们的缺失是如何导致这些矮化效应和根系发育的变化的?”
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