种子的营养价值在于其在发育和成熟过程中积累了蛋白质、淀粉和油脂,这使其得以持续作为食物的基础。理解种子如何在不利条件下保持活力的机制已成为植物生物学相关研究领域。
植物适应与极端脱水 墨西哥国立大学生物技术研究所(IBt)的研究员Alejandra Covarrubias Robles研究适应性特征,这些特征使种子即使在长期处于几乎脱水的情况下也能保持胚胎存活。这种现象是种子植物的典型特征,这些植物在完成发育后,可以失去超过90%的积累水分,而不会损害胚胎的活力,这是一种动物组织无法生存的条件。
玻璃态与胚胎保护 在干种子中确定的一个关键过程是形成一种固体玻璃态,这是一种类似于玻璃的物理状态,有助于胚胎的结构和功能稳定性。这种状态在水分流失的最后阶段达到,对长期保存至关重要。水是生命不可或缺的元素,在功能上被特殊的分子成分取代,这些成分可以防止脱水期间发生不可逆的损害。
LEA蛋白:灵活性与多功能性 被称为LEA(晚期胚胎发生丰富蛋白)的蛋白质大量存在于干种子中,也存在于干旱胁迫下的植物的根和叶中。体外研究表明,这些蛋白质可以使其他对脱水敏感的蛋白质保持活性,这为在水分胁迫或冷冻条件下保存胚胎、细胞或蛋白质提供了可能性。这些特性在植物育种(用于选择更具抗性和耐久性的种子)以及生物技术和医学方面具有潜在应用。
作为生物时间胶囊的种子 种子可以在休眠状态下长期存在,抵抗火灾、霜冻、长期干旱,甚至通过动物的消化道。这些研究主要在拟南芥(Arabidopsis thaliana)上进行,这是一种在植物生物学中广泛使用的模式植物。此外,还对豆类种子进行了分析,在其中发现了与LEA蛋白产生相关的干旱诱导基因。
生物学意义与潜在应用 LEA蛋白不仅限于植物界。这些蛋白最初由研究员Leon Dure III在棉花种子中描述。与球状蛋白不同,LEA蛋白在结构上是无序的,这赋予了它们构象灵活性,使其能够根据环境采取不同的结构,从而能够执行多种保护功能。实验证据和研究模型研究团队证明,通过修饰或编码LEA蛋白的基因,种子的活力降低、加速老化并失去营养价值。这种能力对于种子植物主导陆生植被并几乎殖民所有生态系统至关重要。这些发现由Alejandra Covarrubias Robles和Inti A. Arroyo Mozo在《种子之谜》一文中发表,该文发表在《¿cómo ves?》杂志上,揭示了种子作为地球和人类历史上关键生物结构的核心作用。