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华人研究登上Nature子刊:植物开花的分子开关找到了?
来源:学术经纬   发布者:ailsa   日期:2018-08-09   今日/总浏览:4/3331

我们很多人都有过种植花花草草的经历。在欣赏美丽的花朵时,也许很少有人会关心植物的开花时机。对于人类来说,何时开花只事关观赏花卉的时间。而对于植物而言,如果开花太早,可能就会错过给它们传播花粉的动物;如果开花太晚,种子还没有成熟,就会被秋季、冬季的气温所冻伤。因此开花时间的精确选择,可是生死攸关的事。

今日,《自然》子刊《Nature Genetics》上刊发了一篇来自华人学者的论文,揭示了关于植物开花的奥秘。它来自中科院分子植物科学卓越创新中心杜嘉木课题组与美国威斯康星大学麦迪逊分校的钟雪花课题组的合作。

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▲本研究的通讯作者杜嘉木研究员(左)与钟雪花教授(右)(图片来源:研究院所官网)

我们知道,所有的生物,都是由一个细胞发育而来的,植物也不例外。所以,植物的叶子也好,花也好,决定它们发育的遗传信息都储存在植物的基因组里。先前,研究人员发现,植物“长叶子”和“开花”的信号有点冲突,如果想要开花,植物就得提前和身体里的细胞打招呼,先让它们停止叶子的发育。

那植物是怎么给这些细胞打招呼的呢?过去的理论认为植物里有两类蛋白质,一类蛋白质好像是刹车。在合适的信号作用下,这些刹车会被松开,促进花的发育;而另一类蛋白质好像是油门,能进一步加速植物器官的发育过程。

但今日来自华人学者的研究则表明,我们过去的认识并不准确。事实上,开花的决定权,仅仅掌握在一个蛋白的手中。它好像一个开关,足以影响是否开花。

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▲EBS蛋白精准地调节了开花信号的平衡(图片来源:《Nature Genetics》)

研究人员们发现的这个蛋白叫做EBS。很早以前,植物学家们就知道,如果EBS缺失,植物就会早开花,表明它在通常情况下,是起到了抑制过早开花的作用。为了研究这个蛋白的作用机理,研究人员们先在植物中寻找其结合的对象,但结果却另他们大感好奇——EBS不但能结合表观遗传学上的抑制信号,还能结合表观遗传学上的激活信号。也就是说,通过结合不同的信号,EBS能开启或关闭相关基因,影响到开花的时间。

后续的研究,则发现了关于EBS蛋白的神奇一幕。通过结构分析,研究人员们发现当环境适合开花时,EBS蛋白竟会“变形”,让自己能更好地激活开花相关基因。这种有趣的行为也激起了研究人员们的兴趣。要知道,EBS蛋白的相关结构,无论在动物还是植物中,都非常普遍。这表明同样的“蛋白开关”在许多生物中可能都存在,而这是我们之前未能足够重视的一个研究方向。

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▲在阳光不足的地区,这一发现有望缩短植物生长周期,带来重要的农业应用(图片来源:Pixabay)

钟雪花教授指出,这种蛋白开关为生物的发育提供了许多灵活性。未来,科学家们有望利用这个分子开关,带来更多实际应用。“如果我们能缩短植物的生长周期,提前完成收获季,那对于许多作物来说可能是非常重要的。”

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