据国外媒体报道，美国科学家最近发现了一种奇异的草本植物，这种草本植物能够自己制造出能抑制并杀灭周围杂草的天然广谱除草剂，并有可能给人类带来更加有效和环保的除草剂。该项发现的研究报告发表在最近一期的《美国国家科学院院刊》上，作者是美国康奈尔大学的弗兰克·施罗德与塞西尔·博汀。
现任非洲制药公司研究部主任的塞西尔·博汀是最先发现这种奇异植物的人，他在寻找可用于制药的生物资源时发现，用于普通草坪的酥油草的某些变种能够抑制周围其它植物的生长，但由于这些酥油草变种对周围植物的抑制机制不清楚，康奈尔大学波依斯-汤普森植物研究所的助理科学家弗兰克·施罗德开始对酥油草进行深入研究。
施罗德与同事对这些酥油草变种根部的释放物进行了排除分析，结果发现，一种叫做m-酪氨酸(meta-tyrosine)的氨基酸就是酥油草变种用来抑制周围杂草生长的除草剂。m-酪氨酸的结构接近于p-酪氨酸(para-tyrosine，是形成蛋白质的20种常见氨基酸之一)。施罗德对这个发现感到意外，他说：“我们起初也不相信m-酪氨酸与酥油草变种具有的超强除草能力有何关联,但当我们对m-酪氨酸进行模拟测试后发现，它虽对菌类、哺乳动物和细菌没有抑制作用，但对植物(不包括菌类)却能产生极强的毒性，起到抑制和杀灭效果”。
目前，施罗德正与同事一起对酥油草变种根部释放的m-酪氨酸的除草机制进行深入研究，并且取得了一些成果。例如，施罗德注意到，酥油草变种能够成功地抑制进而杀灭周围的其它植物，除了m-酪氨酸外，还依赖于另一种普通的氨基酸——苯基丙氨酸(植物合成细胞壁和木质素必需的一种氨基酸)。施罗德解释说，这很好地解开了曾困扰着研究人员的一个疑问，那就是，酥油草变种为何自身不会被释放的m-酪氨酸杀死，而且酥油草变种所产生的m-酪氨酸和苯基丙氨酸的量都很大，两者之间会不会有着某种关系？研究人员对此进行了多次实验，结果发现，当暴露于m-酪氨酸的植物快被杀死时，往其根部添加苯基丙氨酸，这些植物就会很快恢复生机。看来，酥油草变种在从根部大量释放m-酪氨酸的同时，又大量地释放苯基丙氨酸来替自己解毒，在植物中发现这样的生存竞争模式还真不多见。
至于m-酪氨酸为何能抑制植物的生长进而导致其死亡，施罗德猜测道：“苯基丙氨酸、m-酪氨酸以及p-酪氨酸在结构上都十分相似，可能正是由于这种相似性,m-酪氨酸得以冒充其它植物根部所释放的高浓度苯基丙氨酸,而m-酪氨酸的一般功能是给植物传递苯基丙氨酸合成的负性反馈信号。也就是说，m-酪氨酸干扰了植物正常的苯基丙氨酸合成功能，从而抑制了植物的生长”。施罗德还提出了一个问题：既然酥油草很普遍，那么为什么只有某些变种才具有强效的天然除草能力，研究人员为什么很久都没注意到m-酪氨酸的这种功能？施罗德认为这可能是由于植物所释放的m-酪氨酸的数量高度依赖于环境因素，酥油草等植物一般情况下释放的m-酪氨酸量很小，只有满足特定的环境条件才会从根部释放出大量的m-酪氨酸。施罗德表示，他们目前正在寻找这些特定因素。
施罗德认为，这项发现的意义重大，它不仅使我们对“他感作用”(指植物通过释放化学物质影响周围的其它植物)有进一步的了解，而且有可能培育出更有效、更天然的除草剂(m-酪氨酸自身极易溶于水，不能直接用作除草剂)，减少对合成除草剂的需求。(新浪科技 辛良生)
原始出处:
Published online before print October 11, 2007, 10.1073/pnas.0707198104
PNAS | October 23, 2007 | vol. 104 | no. 43 | 16964-16969
From the Cover
BIOLOGICAL SCIENCES / ECOLOGY
Grass roots chemistry: meta-Tyrosine, an herbicidal nonprotein amino acid
Cécile Bertin,, Leslie A. Weston, Tengfang Huang, Georg Jander, Thomas Owens, Jerrold Meinwald¶,||, and Frank C. Schroeder¶,||
Departments of Horticulture, Plant Biology, and ¶Chemistry and Chemical Biology and Boyce Thompson Institute, Cornell University, Ithaca, NY 14853
Contributed by Jerrold Meinwald, July 31, 2007 (sent for review May 28, 2007) (received for review May 28, 2007)
Fine fescue grasses displace neighboring plants by depositing large quantities of an aqueous phytotoxic root exudate in the soil rhizosphere. Via activity-guided fractionation, we have isolated and identified the nonprotein amino acid m-tyrosine as the major active component. m-Tyrosine is significantly more phytotoxic than its structural isomers o- and p-tyrosine. We show that m-tyrosine exposure results in growth inhibition for a wide range of plant species and propose that the release of this nonprotein amino acid interferes with root development of competing plants. Acid hydrolysis of total root protein from Arabidopsis thaliana showed incorporation of m-tyrosine, suggesting this as a possible mechanism of phytotoxicity. m-Tyrosine inhibition of A. thaliana root growth is counteracted by exogenous addition of protein amino acids, with phenylalanine having the most significant effect. The discovery of m-tyrosine, as well as a further understanding of its mode(s) of action, could lead to the development of biorational approaches to weed control.
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