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罕见!科学家在拟南芥中发现一种新型植物器官,特定条件下才会发育

前瞻网    2021-06-17 14:19

一种不起眼的小野草,是科学界100多年来研究得最透彻的植物之一。水芹,或拟南芥,是一种模式生物,这基本上让它成为了植物世界的实验室研究“小白鼠”。

不过令人惊讶的是,研究人员最近确认在拟南芥身上发现了一种以前从未报道过的植物器官——“悬臂”(cantil)。

罕见!科学家在拟南芥中发现一种新型植物器官,特定条件下才会发育

即使你不是植物科学家,你可能知道水芹长什么样子。这种杂草原产于欧洲、亚洲和非洲,在那里,它会在沙土中甚至是混凝土缝隙中顽强地发芽。

在科学界,几十年来,它一直是神奇的植物遗传学的主力代表。拟南芥是第一种获得基因组测序的植物,它曾在国际空间站上种植,也曾试图在月球上种植,甚至帮助过我们人类研究自己。

而上述科学家们发现的新植物结构,一端水平地从茎中伸出,悬在空中以托起花梗,这让人很容易联想到建筑工程中的悬臂。这种植物新器官并不难注意到,但它却很罕见,你不太可能在一些其他的植物中见到这样的结构。不过,“悬臂”结构只会在植物开始开花时形成,甚至只会在植物因短日照而推迟开花后才会发育和形成。

罕见!科学家在拟南芥中发现一种新型植物器官,特定条件下才会发育

(上图显示了拟南芥自然类型中的悬臂,图源:Plant Development)

“我们花了12年的实验才真正理解我们所看到的,并理解悬臂是如何被管理的。”这项研究纳入了3782株生长到完全成熟的拟南芥,并对34个独特株系的2万多根有花的茎进行了人工检查。

“我第一次观察‘悬臂’是在2008年,”宾夕法尼亚州立大学的植物生物学家蒂莫西·古金(Timothy Gookin)说。“在不同来源的野生型(非突变型)植物中发现这些‘悬臂’后,我最终认为它们是一种自然现象,这些植物生长在独立的地点和不同的条件下。”

而此前,Timothy Gookin曾经认为“悬臂”可能是由突变或污染产生的,可能与水、土壤、肥料甚至建筑空气供应的环境污染相结合。但事实证明——并非如此。

突变,或多或少也能使悬臂形成,不过条件更稀有——他们发现三种异三聚体G蛋白,即GPA1, AGB1和AGG3,都在抑制凝乳形成的特定成分中发挥独立的作用。突变可以使植物更小,更高,产生双花,耐热,以及更多。此外,一些常用的拟南芥由于基因突变,故而无法产生“悬臂”结构。

拟南芥为什么会出现“悬臂”器官仍然是个谜,后续需要对这种实验室植物进行更多的研究。“一种推测的解释是,‘悬臂’代表了不同开花植物结构之间高度压抑的祖先联系,”Gookin说。“调控‘悬臂’发育的多重遗传和环境因素,无疑是相当惊人的。”

这项研究发表在《植物发育》(Plant Development)杂志上,题为“Cantil: a previously unreported organ in wild-type Arabidopsis regulated by FT, ERECTA and heterotrimeric G proteins”。

译/前瞻经济学人APP资讯组

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