在发表的一项研究 Annals of Botany, 研究人员深入研究了长矛叶茅膏菜的内部结构， 蔷薇科，一种以其独特的陷阱器官和消化系统而闻名的食虫植物。 Meng Yu 及其在日本的同事进行的这项研究揭示了关于 植物消化液中一种称为 S1 型核酸酶 (DAN1) 的特殊酶. 这些发现揭示了对该酶的基因表达、结构特征和进化适应性的深入了解，这些在植物从其猎物中吸收养分的能力中起着至关重要的作用。
食虫植物，如长叶茅膏菜，已经进化到可以捕捉和消化昆虫和其他小动物，以补充它们的营养摄入，尤其是在营养贫乏的环境中。 这些植物分泌含有各种酶的消化液，这些酶将猎物分解成更简单的化合物。 虽然之前的研究主要集中在这些植物消化液中存在的其他酶，但很少有人对核酸酶进行研究——这种酶有助于分解 DNA 和 RNA 等核酸。
在这项研究中，Yu 及其同事专注于 DAN1 酶，这是一种 S1 型核酸酶，在消化液中发现 蔷薇科. 他们旨在了解其基因表达、结构、功能和进化特征，以及它在植物独特的诱捕器官和相关表观遗传调控中的作用。 表观遗传调控是指基因活动的变化，不涉及对基础 DNA 序列的改变，但仍可以代代相传。
该团队使用实时 PCR 来检查器官特异性表达 Dan1 长叶茅膏菜中的基因，包括腺触须、叶片、根和花序。 该技术允许检测和量化特定的 DNA 序列。 他们还研究了 Dan1 启动子——控制基因活性的 DNA 区域——通过亚硫酸氢盐测序，揭示给定序列中 DNA 甲基化的程度。
结果显示 Dan1 仅在腺体触手中表达，其启动子在所有器官中几乎完全未甲基化。 这一发现与 S 样 RNase 基因形成对比 大一 of 蔷薇科，它具有相似的器官特异性表达，但受腺体触须中特异性未甲基化的启动子控制。 这表明这两个基因受到不同的调控。
除了分析基因表达和调控外，研究人员还通过比较来自三种食肉植物和七种非食肉植物的S1型核酸酶的一级结构，研究了DAN1的结构特征。 该比较揭示了仅在食肉植物中保守的七个氨基酸位置和仅在非食肉植物中保守的三个氨基酸位置。 这一发现表明，进化已经塑造了 DAN1 的结构，使其在食肉植物的消化液中发挥特定功能。
DAN1 是使用无细胞蛋白质合成系统制备的，以进一步了解酶的功能。 然后，研究人员测试了该酶对金属离子、最佳 pH 值和温度以及底物偏好的需求。 他们发现，在 Zn1+、Mn2+ 或 Ca2+ 离子存在的情况下，DAN2 更喜欢 RNA 而不是 DNA 作为底物，并且在 pH 值为 4.0 时发挥最佳作用。
基于这些发现，研究人员得出结论，DAN1 在 蔷薇科 是为了促进猎物吸收磷酸盐。 此功能与 S1 型核酸酶在其他植物中的已知作用有很大不同。 Yu 和同事在他们的文章中写道：
植物 S1 型核酸酶在许多生物过程中发挥作用，包括胚乳退化（布朗和何，1986 年), 气管元件分化 (伊藤和福田，2002), 叶片衰老 (佩雷斯-阿马多尔 等，2000) 和对类病毒感染的反应 (马图舍克 等，2007, 2008). 除了类病毒感染反应外，这些现象还伴随着程序性细胞死亡（PCD）（杉山 等，2000). 然而，包括当前研究在内的食肉植物消化酶的研究表明，S1 型核酸酶也用于消化猎物的核酸，这与 PCD 无关。 此外，鉴于 阿德莱博士 DA-I 是一种 S 样 RNase，大量存在于消化液中，DAN1 似乎更喜欢 ssRNA 而不是 ssDNA 作为底物……， 阿德莱博士 可能主要从 RNA 中获取磷酸盐。 这可能是食肉植物的一个共同特征，因为S-like RNases广泛存在于这些植物的消化液中……
Yu 等。 2023。
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Yu, M.、Arai, N.、Ochiai, T. 和 Ohyama, T. (2023) “S1型核酸酶在茅膏菜消化液中的表达及功能， 蔷薇科“ Annals of Botany, 131(2)，第 335–346 页。 可在： https://doi.org/10.1093/aob/mcac150
封面图片： 蔷薇科 / 事件矩阵/Flickr.
