第一次霜凍是最深的——新發(fā)現(xiàn)可能有助于我們在多變的氣候中種植農(nóng)作物
擬南芥上的霜凍——新發(fā)現(xiàn)可能有助于我們在多變的氣候中種植農(nóng)作物。來源：約翰英尼斯中心
秋天的初霜對園丁來說可能是嚴(yán)峻的，但最新的證據(jù)表明，這是植物生命中的一個(gè)深刻事件。
這一發(fā)現(xiàn)可能會影響我們在多變的氣候中種植農(nóng)作物的方式，并幫助我們更好地了解動物和人類的分子機(jī)制。
我們對植物如何在分子水平上記錄溫度的大部分理解都是從春化研究中獲得的——春化作用是暴露在長時(shí)間的寒冷環(huán)境中，為春季開花做準(zhǔn)備。
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先進(jìn)的顯微鏡使新的CRISPR-Cas系統(tǒng)大放異彩
一項(xiàng)新的研究描述了康奈爾大學(xué)研究人員的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)如何使用最先進(jìn)的顯微鏡技術(shù)來揭示 CRISPR-Cas 系統(tǒng)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵步驟，該系統(tǒng)有望開發(fā)出改進(jìn)的基因編輯工具。
使用模式植物擬南芥的實(shí)驗(yàn)表明，這種長時(shí)間的寒冷如何解除開花的剎車，這是一種稱為 FLC 的基因。這種生化制動還涉及另一個(gè)與 FLC 反義的分子 COOLAIR。這意味著它位于 FLC 的另一條DNA鏈上，它可以與 FLC 結(jié)合并影響其活性。
但對于自然溫度變化如何影響這一過程知之甚少。COOLAIR 如何促進(jìn) FLC 在自然界中的關(guān)閉？
為了找出答案，約翰英內(nèi)斯中心的研究人員使用了在不同氣候條件下生長的天然擬南芥類型。
他們測量了在三個(gè)不同冬季條件下的不同野外地點(diǎn)打開了多少 COOLAIR，一個(gè)在英國諾里奇，一個(gè)在瑞典南部，一個(gè)在瑞典北部的亞北極地區(qū)。
COOLAIR 水平在不同種質(zhì)和不同地點(diǎn)之間有所不同。然而，研究人員發(fā)現(xiàn)了所有植物的共同點(diǎn)——溫度第一次降至冰點(diǎn)以下時(shí)，COOLAIR 出現(xiàn)了一個(gè)峰值。
為了證實(shí)冷凍后 COOLAIR 的這種提升，他們在溫控室中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，模擬了自然條件下的溫度變化。
他們發(fā)現(xiàn) COOLAIR 表達(dá)水平在冷凍后一小時(shí)內(nèi)上升，并在大約八小時(shí)后達(dá)到峰值。冷凍后 FLC 水平也有小幅下降，這反映了兩個(gè)關(guān)鍵分子成分之間的關(guān)??系。
接下來，他們發(fā)現(xiàn)了一種突變擬南芥，即使在不冷的情況下，它也始終產(chǎn)生較高水平的 COOLAIR，并且 FLC 水平較低。當(dāng)他們編輯基因以關(guān)閉 COOLAIR 時(shí)，他們發(fā)現(xiàn) FLC 不再被抑制，為這種優(yōu)雅的分子機(jī)制提供了進(jìn)一步的證據(jù)。
該研究的共同第一作者趙玉生博士說：“我們的研究顯示了自然田間條件下植物溫度傳感的一個(gè)新方面。第一次季節(jié)性霜凍是秋季冬季到來的重要指標(biāo)。COOLAIR 的初始冷凍依賴性誘導(dǎo)似乎是擬南芥中的一個(gè)進(jìn)化保守特征，有助于解釋植物如何感知環(huán)境信號以開始沉默主要的花卉抑制因子 FLC 以使開花與春季對齊?！?/p>
該研究深入了解了植物如何感知溫度的分子過程中的可塑性，這可能有助于植物適應(yīng)不同的氣候。
該研究的通訊作者、Dame Caroline Dean 教授解釋說：“從工廠的角度來看，它為您提供了一種關(guān)閉 FLC 的可調(diào)方式。任何反義調(diào)制都會關(guān)閉感覺，從進(jìn)化的角度來看，這取決于這發(fā)生的效率或速度，以及它發(fā)生在多少細(xì)胞中，然后你就有辦法在細(xì)胞之間上下剎車?！?/p>
這些發(fā)現(xiàn)將有助于了解植物和其他生物如何感知波動的環(huán)境信號，并可以轉(zhuǎn)化為在氣候變化時(shí)期改善作物。
這一發(fā)現(xiàn)也可能與許多生物體中基因表達(dá)的環(huán)境調(diào)節(jié)廣泛相關(guān)，因?yàn)榉戳x轉(zhuǎn)錄已被證明可以改變酵母和人類細(xì)胞中的轉(zhuǎn)錄。