人物 | 从植物细胞生物学到化学基因组学的生命之旅 Natasha V. Raikhel

Natasha V. Raikhel教授是一位在国际上享有盛誉的植物细胞生物学家，且在美国加州大学担任综合基因组生物学研究所所长及细胞生物学终身教授，她的研究领域集中在植物细胞器以及细胞中物质运输等。Natasha V. Raikhel教授的研究深入探讨了这些细胞器在植物生长发育、环境适应以及植物与微生物相互作用中的重要作用，其研究成果在分子水平上解决了植物生物学中的很多重大问题[1]。

Natasha V. Raikhel1.从钢琴台到实验室台

小时候，Raikhel并不想成为一名科学家。相反，她每天花几个小时练习钢琴。高中毕业时，一位老师提醒她可能没有钢琴天赋。“对我来说弹钢琴时取得明显进步是有点困难的”Raikhel说，“但是多年的音乐课程也教会了我自律、有条理和创造力。这些特质在我的一生中对我帮助很大。”

后来，Raikhel在列宁格勒学习生物学，并于1975年获得博士学位。1979年移居美国后，她转向从事植物学研究。2001年，她搬到加州大学河滨分校，成为植物细胞生物学中心的创始主任，她现在是大学植物细胞生物学杰出教授。2012年，她当选为美国国家科学院院士，结合细胞、分子和遗传方法，研究植物细胞器内和细胞器之间的分子运输。她的研究成果对21世纪的全球粮食安全和生物燃料生产有重要影响[2]。

Natasha V. Raikhel（左）和她的博士后（右）

2.研究成果

Natasha V. Raikhel的工作涉及多个方面，包括植物的内质网和高尔基体在蛋白质加工和运输中的作用、植物激素如生长素和乙烯在植物发育和对环境响应中的作用 。此外，她的研究还关注了植物对病原体的免疫反应，以及植物如何通过识别病原体相关分子模式来激活其免疫系统。下面列举Raikhel工作的两个重要方面：

①植物凝集素

Raikhel最初的工作是研究一种与糖类结合的蛋白质--凝集素。她发现许多禾本科植物在胚芽鞘的不同细胞层中表达凝集素。例如，小麦在胚芽鞘的外层表达凝集素，而黑麦在胚芽鞘的内层和外层都含有凝集素[3]。Raikhel认为这种差异性暗示着在农作物进化过程中凝集素发挥着不同的调节作用。在后续的研究中，Raikhel发现缺乏羧基末端前肽的大麦凝集素在细胞外分泌，不能被正确的引导到囊泡中，这说明大麦凝集素羧基末端前肽是囊泡蛋白分选的决定因素[4]。

②细胞中蛋白质分选搬到加州大学河滨分校后，Raikhel成为植物细胞生物学中心（CEPCEB）的创始主任。她继续研究细胞器中物质分选的工作。生长素通过影响囊泡的动态和运输过程来调节植物细胞的生长，她的研究揭示了核糖体蛋白通过翻译调控生长素响应因子来控制植物的发育过程。除此之外，Raikhel还使用化学基因组学来筛序蛋白质分选抑制剂。她利用植物和酿酒酵母之间的进化保守性来鉴定此类化学物质。在筛选的4800种化学物质中，发现了14种化合物会影响酵母外分泌蛋白，进一步研究显示，其中两种化合物Sortin1 和 Sortin2在植物中具有活性，并影响拟南芥幼苗的囊泡生物发生和根系发育过程[5]。她是在植物研究中使用化学生物学的先驱，这种方法被学术界、农业工业等方面广泛使用。

Sortin1 和 Sortin2 改变拟南芥幼苗的液泡形态

Raikhel研究团队进一步使用高通量细胞内筛选技术对拟南芥中46,000种化学物质进行筛选，发现了靶向内膜运输的生物活性小分子[6]。接下来，Raikhel和她的同事鉴定到的一种小分子物质Endosidin2(ES2)，实验显示ES2与胞外囊泡运输复合物EXO70结合，该过程抑制了植物的胞吐作用。另外EXO70可调节人类细胞神经生长、上皮细胞极性建立、细胞运动和细胞形态发生等过程， 因此ES2的发现为开发一些更有活性的潜在药物来控制外囊相关疾病提供了重要思路[7]。 

ES2与EXO70A1相互作用

3.取得的成就

Natasha Raikhel，美国科学院院士，美国加州大学河滨分校终身教授（2001-2016）、植物细胞生物学中心主任（2001-2012）、综合基因研究所所长（2006-2016），美国科学院院士评委会委员（2013）、美国细胞生物学学会成员、美国植物生物学家学会成员、国际植物分子生物学学会成员，中国科学院-英国约翰英纳斯中心植物和微生物科学联合研究中心（CEPAMS）理事会主席,（2015-2019），海峡联合研究院代谢组学研究中心科学指导委员会成员。曾获美国植物生物学会ASPB奖、美国植物生物学家学会奖、美国细胞生物学学会女性科学家杰出成就奖、福建省友谊奖等[8]。

参考文献：

[1]https://cepceb.ucr.edu/about#mission

[2]Leigh Cooper. Profile of Natasha V. Raikhel.PNAS 115 (8) 1672-1674 (2018).

[3]ML Mishkind, BA Palevitz, NV Raikhel, K Keegstra, Localization of wheat germ agglutinin—Like lectins in various species of the gramineae. Science 220, 1290–1292 (1983).  

[4]SY Bednarek, NV Raikhel, The barley lectin carboxyl-terminal propeptide is a vacuolar protein sorting determinant in plants. Plant Cell 3, 1195–1206 (1991).                            

[5]J Zouhar, GR Hicks, NV Raikhel, Sorting inhibitors (Sortins): Chemical compounds to study vacuolar sorting in Arabidopsis. Proc Natl Acad Sci USA 101, 9497–9501 (2004).

[6]G Drakakaki, et al., Clusters of bioactive compounds target dynamic endomembrane networks in vivo. Proc Natl Acad Sci USA 108, 17850–17855 (2011).

[7]C Zhang, et al., Endosidin2 targets conserved exocyst complex subunit EXO70 to inhibit exocytosis. Proc Natl Acad Sci USA 113, E41–E50 (2016).

[8] https://www.fafu.edu.cn/2024/0426/c127a82610/page.htm