脱水的植物种子可以长时间休眠——在某些物种中超过 1000 年——在水的可用性可以触发发芽之前。这可以保护内部的胚胎植物免受各种环境压力的影响，直到条件有利于生长和存活。然而，幼苗感知水分并重新激活细胞活动的机制直到现在仍然是个谜。
由卡内基的 Yanniv Dorone 和 Sue Rhee 以及斯坦福大学的 Steven Boeynaems 和 Aaron Gitler 共同领导的新工作发现了一种蛋白质，它在这个过程中起着关键的“去或不去”的作用——如果土壤的水文条件低于如果生存机会良好，则是理想的或允许它继续进行。他们的发现对于理解变暖世界中的植物生态学以及设计能够在气候变化中生存并对抗世界饥饿的抗旱作物的可能性具有重大意义。
Dorone、Rhee、Boeynaems、Gitler 和他们的同事——包括卡内基的 Benjamin Jin、Shannon Hateley、Flavia Bossi、Elena Lazarus 和 Moises Exposito-Alonso——使用分子、生理和生态研究技术揭示了一种以前未表征的蛋白质他们命名为FLOE1。
“尽管许多种子具有非凡的韧性，但植物在生命的这个阶段仍处于最脆弱的状态，因为必须精确定时发芽以确保最大的生存机会。一旦发芽开始，植物就无法回到冬眠状态——精灵不能放回瓶子里，”多罗内解释道。“因此，像 FLOE1 这样的蛋白质对于植物在太早和太晚之间走钢丝的能力至关重要。”
FLOE1 能力的关键是最近发现的一种生物物理现象，这是目前称为相分离的热门研究课题。这种机制允许细胞动态地将生物分子划分为无膜组件，而不是将它们封锁在被膜包围的细胞器中。
“将细胞器想象成一座办公楼，细胞的组件被分配完成其生理工作;然而，这些支持相分离的组件更像是一个创客嘉年华或黑客马拉松，在那里蛋白质可以聚集在一起完成一项任务并然后在完成后付款，”Rhee 说。“我们发现 FLOE1 能够非常快速地启动这种类型的临时聚集对其功能至关重要。”
当休眠的种子感应到附近的水分时，FLOE1 几乎立即聚集在细胞中以测试水，可以说，并确定条件是否适合种子重新激活并开始生长。因为 FLOE1 聚集是暂时的和可逆的，它可以作为一个去或不去的信号，如果确定可用的水不是最佳的，则停止发芽，或者如果环境有足够的水来支持成功的生长，则允许它继续发芽。
“我们相信这是第一项提供有关种子如何直接感知其水合状态并对其采取行动的信息的研究，”Rhee 补充道。
作者说，他们的发现可以为能够利用 FLOE1 的能力以抵御气候变化不利影响的工程作物奠定基础。这种类型的增强对于在世界范围内对抗饥饿将变得越来越重要。
尽管他们的工作是使用实验性芥菜拟南芥进行的，但 Dorone、Rhee、Boeynaems 和 Gitler 发现 FLOE1 存在于整个植物界，甚至在种子进化之前的植物中，这意味着它可以在植物细胞生理学，可能具有额外的生物工程潜力。
“更重要的是，FLOE1 是第一个在水合-脱水循环中可逆相分离的已知蛋白质，但类似的过程很可能发生在其他具有干燥休眠期的生物体中，包括人类病原体，”Dorone 总结道。
