摘要：实验室可以在三十年的发现中提高农作物的弹性，科学家已经获得了有关专门蛋白质内部结构和调节方式的详细知识，并正在开始开发工具，这些工具可以利用其帮助植物对抗广泛疾病的能力。科学家说，这项工作利用了自然过程，植物细胞故意死亡以帮助寄主植物保持健康，预计将在农业部门进行广泛应用，提供新的方法来保护主要的粮食作物免受各种破坏性疾病的影响。...
在三十年的发现中，罗格斯和布鲁克黑文国家实验室的科学家已经获得了有关专门蛋白质内部结构和调节方式的详细知识，并正在努力开发可以利用其帮助植物对抗广泛疾病的能力的工具。
科学家说，这项工作利用了自然过程，植物细胞故意死亡以帮助寄主植物保持健康，预计将在农业部门进行广泛应用，提供新的方法来保护主要的粮食作物免受各种破坏性疾病的影响。
在一项发表的研究中自然通讯，由埃里克·林（Eric Lam）领导的罗格斯大学新不伦瑞克省埃里克·林（Eric Lam）和纽约布鲁克黑文国家实验室的库恩·刘（Qun Liu）报道说，先进的晶体学和计算机建模技术使他们能够获得最佳的图片，以培养蛋白质蛋白质蛋白质，一种蛋白质酶，该蛋白质酶，可切割其他蛋白质，称为MetAcaspase 9。
Brookhaven生物学系的结构生物学家Liu说：“了解肠胃菜酶9的形状和激活模式意味着我们现在可以设计长期以来的工具来利用其已知的生物学功能，以保护植物免受疾病和可能降低农作物的环境压力的影响。”
团队已经开始。 Lam和Liu已向美国专利和商标局申请了临时专利，该专利可以从发现中开发出来。
林恩说：“这项工作可以为我们的全球作物提供更安全，更有效的治疗方法。”
研究人员使用了经常研究的植物，也称为小鼠麦克斯（Cress），在布鲁克黑文（Brookhaven）的国家同步光源II（NSLS-II）上采用了一种称为X射线晶体学的方法，以揭示原子水平的掌叠酶9的形状。从先前的研究中知道，酶是通过酸度增加而激活的，他们观察并记录了酶在暴露于不同浓度的酸时如何改变形状，以揭示其激活过程中蛋白质的关键变化。
他们新获得的复杂理解将晶体学数据与分子动力学模拟结合在一起，在布鲁克黑文也完成了。这种基于计算机的方法使他们能够观察酶在不同条件下的行为和变化。该团队还进行了实验室实验，包括位点特异性诱变，这是科学家用来对DNA序列的特定部分进行精确更改的一种技术，并验证了其活性所需的特定部分的重要性。
通过整合这些知识，研究人员发现该酶的不同部分像制动器或加速器一样起作用，以确保仅在酸性pH下活跃。
林和他的团队已经与Liu和他的Brookhaven团队合作了十年，以更好地了解该酶以及相关版本，即Metacaspase4。Lam在酶在植物健康中的关键作用研究了这一过程 - 一种现有的现象，即过去30年的现有现象，称为程序性的细胞死亡或细胞自动化。
林说，程序性细胞死亡是一个有意死亡作为天然和受控机制的一部分的过程。这是牢房为有机体的更大利益自杀的方式。该过程有助于清除受损或不必要的细胞，从而使生物体保持健康并正确发展。在植物中，程序性细胞死亡对于打击疾病和应对压力至关重要。
其他研究人员的工作表明，植物中但不存在于动物中的肠胃菜酶9与程序性细胞死亡有关，并集中参与两种主要类型的引起疾病的植物剂。在处理源自活细胞的生物营养物的生物营养时，肠胃菜酶9有助于杀死感染细胞以阻止疾病。但是，借助坏死型，在食用植物细胞之前杀死植物细胞的生物，甲状腺素9被劫持以更快地破坏植物的细胞，这有助于入侵者。
研究人员认为，加强肠胃菜酶9可以防止生物营养疾病。相反，卡住其功能意味着该酶不会帮助杀死健康细胞。
生物营养的一个例子是类似真菌的卵菌植物疫霉，这引起了爱尔兰的马铃薯枯萎病和1800年代中期随之而来的饥荒。林说：“对于许多植物疾病，尤其是真菌，有效的杀菌剂治疗选择很少，在许多情况下，环境问题非常严重。” “通过创建过度活跃的肠胃菜酶9，我们可以通过较早的入侵部位造成细胞死亡来保护植物免受这些生物营养的影响，从而切断其粮食供应。”
研究团队已经做到了这一点，从而创造了兰斯所描述的酶的“超级活跃变体”，当植物基因促使酶产生，并可以为此提供新颖的抗药性特征，以使诸如病和锈蚀等一系列重要的疾病。
严重的植物疾病称为白霉菌是由坏死性真菌病原体硬化症引起的，可以感染许多农作物。它是由真菌病原体引起的疾病之一，可能导致每年的农作物损失在总产量的10％至20％之间。根据美国农业部汇编的统计数据，这意味着农业每年的财务损失在1000亿至2000亿美元之间。
Lam说：“为了打击杀死细胞以进食的坏死生物，了解分子水平上的metacaspase 9如何变化可以帮助我们创建新的农业化学物质，从而有效地阻断该酶，而不会伤害动物或环境。” “它们可以用于农业中，以阻止有害的坏死性吞噬生长，从而为世界各地的农作物提供更安全，更有效的治疗方法。”
为这项研究做出了贡献的其他罗格研究人员包括环境与生物科学学院植物生物学系的博士后研究员Zhili Pang。
布鲁克黑文国家实验室的Haijiao Liu和纽约Stony Brook University的Max Henderson，在Liu的监督下工作的研究生是本文的第一位作者。 Stony Brook大学的Qinfang Zhang也为这项研究做出了贡献。
这项工作由美国能源部科学办公室和国家科学基金会资助。该团队在科学用户设施的DOE办公室NSLS-II上使用了高度自动化的大分子晶体学（AMX）和边界微型焦距。
