2019年10月7日,国际知名自然出版社旗下的《Scientific Reports》杂志在线发表了和也健康科技有限公司与上海师范大学生命科学学院、上海市植物分子科学重点实验室黄继荣教授团队的科研合作成果“Static magnetic field regulates Arabidopsis root growth via auxin signaling”,揭示了高等植物响应稳态磁场的机制。

地球是一块巨大的磁铁,在地表产生0.25～0.65高斯的地磁场。现有的研究表明许多生命具有感知并利用地磁场的能力。生物感知磁信号并将信号转化为一系列生理生化响应的机制是当今生命科学研究中的前沿热点科学问题。

迄今,科学家们提出了两个假说:即基于磁铁颗粒的磁感应假说和基于光化学依赖的自由基对磁感应假说。根据磁铁颗粒假说,磁感应细胞能够产生纳米级的呈线性排列的磁小体(磁性颗粒),在运动中感知磁场方向;自由基对假说模型中,认为蓝光受体隐花色素蛋白(CRY)是磁受体蛋白的候选者,隐花色素在蓝光诱导下能产生两个电子自旋方向相反或平行的单重态和三重态自由基对,而自由基对具有磁敏感性,在磁场作用下单重态与三重态的比例发生变化从而产生一系列的生理生化过程。

本项目以模式植物拟南芥为材料研究了静磁场对植物生长发育的影响,旨在揭示生物体应答磁场信号的分子机制。我们的研究结果发现6000高斯的磁场处理(除了植物主根的生长方向与磁场方向相反外,即图中标记的N180)能显著促进拟南芥主根的生长,但对叶片与下胚轴的生长影响不明显。进一步的研究表明磁场促进根生长是由细胞数目增多引起的。分子生物学实验结果表明磁场能促进生长素在根尖细胞中的转运,提高根尖细胞中的生长素含量,使分生组织中的细胞分裂加快。这一研究结果得到了遗传学证据的支持,即敲除参与根尖细胞中生长素转运的关键基因PIN3和AUX1的表达就会导致磁场的生物学效应消失。同时,我们利用高通量的转录组等手段研究了磁场对全基因组的表达影响。意外地发现SMF能抑制根细胞中大量的与叶绿体发育相关基因的表达,这也在一定程度了体现了根细胞中细胞分裂素和生长素浓度比例的改变。最后,我们还发现了蓝光受体CRY参与静磁场促进植物主根生长的过程。总体来说,我们的研究结果确立了静磁场在植物中的生物学效应,为今后解析静磁场作用的分子机理迈出了艰难的第一步。 

 论文的第一作者为金越讲师、郭苇硕士和胡绪鹏博士,通信作者为黄继荣教授。华东师范大学石铁流教授、中国科技大学马世嵩教授以及和也健康科技有限公司方志财董事长等参与了合作研究。项目获得和也健康科技有限公司与上海市科学技术委员会的资助。