点击显示 收起
据国外媒体报道，科学家们近日通过基因研究解决了80年悬而未决的谜题：植物怎么知道何时开花？
这项研究通过了解简单植物拟南芥的开花机制，以便更好地了解水稻等更复杂植物中的相同基因的工作原理。
确定植物开花的适当时机，最重要的是这株植物是否能繁殖成功，涉及分子活动的序列、植物的生物钟和阳光等因素。华盛顿大学生物学助理教授今泉（Takato Imaizumi）说：“我们在这项研究中了解了名为拟南芥（Arabidopsis）的简单植物的开花机制，这将使我们更好地了解在更复杂植物中的相同基因的工作原理，如水稻、小麦和大麦等农作物。”今泉已将这项研究的研究报告发表在了5月25日的《科学》杂志上。
今泉说：“如果我们能够‘调控’植物的开花时间，加快作物在不同环境下开花结果的速度，就有可能增加作物产量。了解开花机制，将使我们掌握‘调控’的工具。”除了粮食作物，这项研究工作也将使生物燃料植物的产量更高。
在每年的特定时间，开花植物都会在它们的叶子上产生一种被称为“FLOWERING LOCUS T”的蛋白质，诱导开花。一旦这种蛋白质生成，它就会从叶片转移到茎尖，茎尖是植物细胞未分化的一部分，这意味着它们可能成为叶，也可能成为花。这种蛋白质在茎尖开始发生分子变化，输送细胞，长成花朵。
众所周知，随着季节变化，白天时间的长短也会发生变化。植物使用一种被称为“生物钟”的内部计时机制来衡量白天的长度变化。在人类、动物、昆虫、植物和其它生物的一天24小时期间，生物钟与生物过程同步。
今泉和该研究报告的合著者们研究了一种被称为“FKF1”的蛋白质，他们认为这种蛋白质对植物感知季节性变化并知道何时开花的机制起了关键作用。FKF1蛋白质是一种感光器，这意味着它是由阳光激活的。今泉说：“我们一直研究的FKF1感光蛋白质在每天傍晚表达，受到植物生物钟的严格调节，当这种蛋白质在白天时间较短时表达，它无法被激活，因为在傍晚时没有阳光。当这种蛋白质在白天时间较长时表达，这种感光器能够充分利用阳光，并激活涉及“FLOWERING LOCUS T”蛋白质的开花机制。生物钟调节感光器促使植物开花的时间，这就是植物如何感知白天时间长度的不同。该系统使植物在日短夜长的隆冬时节不开花。
这一新发现来自对拟南芥的研究，拟南芥是一种十字花科的小型植物，往往用于基因研究。他们验证了爱丁堡大学生物学教授、该研究报告的合著者安德鲁·米勒（Andrew Millar）对引起拟南芥开花机制的数学模型的准确性。米勒说：“我们的数学模型帮助我们了解了植物的白天长度传感器的工作原理。这些原理将用于对其它植物进行调控，如水稻，这种农作物对白天时间长度的反应是限制农民取得好收成的一个因素。对白天时间长度的反应也可以控制产蛋的鸡和鱼场的照明，所以了解动物的反应同样重要。关于动物的蛋白质还没有植物中这么好理解，但我们期望，我们可以将这一研究成果应用到实践中。”
近日来自华盛顿大学的科学家们精确解开了植物如何“知道”何时开花这一长达80年的谜题的最后关键性部分。相关论文发布在5月25日的《科学》（Science）杂志上。
确定合适的开花时间对于植物能够成功地繁殖是至关重要的，其涉及到一系列的分子事件，植物生物钟和阳光。
文章的通讯作者、华盛顿大学助理教授akato Imaizumi说新研究在一种简单植物拟南芥中了解了开花的运作机制，将推动更好地了解在更为复杂的种植植物如水稻、小麦和大麦等农作物中相同基因的作用机制。
“如果我们能够调控开花时间，我们或许就能够通过加速或延缓这一过程而提高农作物的产量。了解这一机制为我们提供了操作它的工具，”Imaizumi说。连同粮食作物一起，这项工作还可能推动作生物燃料之用的种植植物更高的产量。
在一年特定的时间里，开花植物会在它们的叶子中生成一种称为FLOWERING LOCUS T的蛋白诱导开花。一旦这种蛋白质生成，它会从叶子迁移至茎尖这一植物细胞未分化的部分，这意味着它们可以成为叶或花。在茎尖，这种蛋白质启动分子变化将细胞送到成为花朵的道路上。
日长的变化告诉许多生物体季节正在改变。科学家们早就知道植物利用了一种称为生物钟的内部计时器机制来衡量日长的变化。生物钟使得在人、动物、昆虫、植物和其他生物体中24小时周期内的生物过程同步。
Imaizumi和论文的共同作者们研究了一种称为FKF1的蛋白，他们怀疑其是植物识别季节变化并知道何时开花机制中的关键作用因子。FKF1蛋白是一种光感受器，这意味着它可以被阳光激活。
Imaizumi 说：“我们一直致力研究的FKF1光敏蛋白表达于每日的傍晚时分，严格受到植物生物钟的调控。当这一蛋白在白天较短的季节表达，它不能被激活，因为在傍晚时没有了阳光。当其在白天较长的季节表达时，这一光感受器就会利用光线来激活涉及FLOWERING LOCUS T的开花机制。这一生物钟调控了特异性光感受器对开花的计时。这就是植物感知日长差异的机制。
当并非繁殖的最佳时期时这一系统会阻止植物开花，例如隆冬时白天短而黑夜长。
新研究结果来自对遗传学研究中常用的十字花科植物拟南芥的研究。他们对文章的共同作者、爱丁堡大学的生物学教授Andrew Millar开发的一种拟南芥开花根源机制的数学模型进行了验证，
Millar 说：“我们的数学模型帮助我们理解了植物日长传感器的运作原理。这些原理同样适用于其他植物，例如水稻。农作物的日长反应是限制当地农民获得好收成的因素之一。鸡场和鱼农场也通过控制光的方法来获得相同的日长反应，因此在动物中了解这一反应也是一样的重要。”
“动物中相关的蛋白质还没有如同在植物中一样获得很好的了解，然而我们期望我们从这些研究中获得的原理将同样适用，”Millar 说。
（生物通：何嫱）
