植物变成了危险化学物质的探测器

　　

如果你家里的植物能告诉你你家的水不安全怎么办?科学家们离实现这一愿景更近了一步，他们成功地设计了一种植物，可以在禁用的有毒农药存在的情况下将甜菜变成红色。

为了实现这一目标，加州大学河滨分校的研究人员必须解决一个工程难题:如何使植物能够感知环境中的化学物质并作出反应，而不损害其在所有其他方面正常运作的能力。

UCR化学与环境工程副教授Ian Wheeldon说:“最重要的是，我们在不改变植物自身代谢的情况下创造了一种环境传感器。”“以前，生物传感器组件会扰乱植物向光生长的能力，或者在受到压力时停止用水。这不会。”

一篇详细介绍这一成就背后的化学原理的新论文发表在《自然化学生物学》杂志上。工程过程从一种叫做脱落酸(ABA)的蛋白质开始，这种蛋白质可以帮助植物适应环境中的压力变化。

在干旱期间，土壤干燥，植物产生ABA。另外一种叫做受体的蛋白质帮助植物识别ABA并做出反应。这反过来告诉植物关闭叶子和茎上的毛孔，这样蒸发的水分就少了，植物就不太可能枯萎了。

去年，该研究小组证明，ABA受体蛋白可以被训练成与ABA以外的化学物质结合。现在，研究小组已经证明，一旦受体与另一种化学物质结合，植物就会变成甜菜红色。

在这次演示中，研究小组使用了一种被许多地方禁止使用的农药，因为它对人体有毒。UCR植物细胞生物学教授肖恩·卡特勒说:“与我们一起工作的人正试图从远处感知环境中化学物质的信息。”“如果你有一片这样的田地，它们会变成红色，这在视觉上是很明显的。”

作为同一实验的一部分，研究小组还展示了将另一种生物体变成传感器的能力:酵母。该团队能够在酵母中同时对两种不同的化学物质产生反应。然而，这在植物中还不可能实现。

“如果我们最终能设计出一种能感知100种禁用农药的植物，那就太好了。堆得越多越好，尤其是在涉及环境健康或国防的应用中。但目前我们可以为这些新的传感能力设计的东西是有限的。”

需要说明的是，这些植物并没有被商业化种植。这需要监管部门的批准，这需要很多年的时间。这也是一项新技术，在将其用于农民的田地或现实世界的其他地方之前，需要解决一系列问题。然而，这一发现开启了各种可能性。

“这篇论文展示了植物对一种化学物质的视觉反应。我们试图能够感知环境中的任何化学物质，供水系统中还有其他杀虫剂，还有避孕药或百忧解等药物，人们担心会接触到这些东西。这些应用现在已经触手可及。”

文章标题

An orthogonalized PYR1-based CID module with reprogrammable ligand-binding specificity