早晨基因活动的爆发告诉植物什么时候开花

对于被子植物或开花植物而言，每年面临的最重要的决定之一就是何时开花。这不是一件轻而易举的事。为了开花，它们必须停止营养生长，并致力于制造那些能够带来下一代的能量昂贵的繁殖结构。

在细胞水平上了解这一过程对于了解植物如何分配资源和生产我们最关心的成分至关重要 - 包括对人类和动物都非常重要的谷物，块茎，叶子，坚果和水果。

在9月24日在该杂志发表的一篇论文自然植物，一个国际研究小组已经发现，基因FT-初级的过渡司机在植物开花每个弹簧做了意想不到的拟南芥拟南芥在自然环境中生长的植物，对实验室常用的人工生长条件科学家有影响。由华盛顿大学生物学教授Takato Imaizumi领导的研究小组表明，FT每天早上都有活动高峰，这是科学家之前在拟南芥中所见到的。，一种模型植物，广泛研究，以了解向开花过渡的分子细节。FT活动的早晨高峰导致植物从营养生长过渡到开花。

“之前关于拟南芥FT活动的研究表明，晚上活动高峰，而不是早晨，”该报的资深作者Imaizumi表示。“我们明确表示早晨活动达到顶峰 - 我们认为我们知道为什么此前的高峰期以前没有在研究实验室看到过。”

在荧光灯下室内生长的拟南芥植物上进行了先前的研究，该研究仅观察到FT基因活性的晚峰。今泉和他的团队 - 包括瑞士，苏格兰，韩国和日本的研究人员 - 在阳光下将植物种植在外面。

Imaizumi想做这个实验，因为在他实验室所在的西雅图夏至的条件类似于拟南芥的标准化，人工“长日”生长条件：16小时光照和8小时黑暗。

“我一直想在与实验室相似的条件下在户外种植植物，以确保我们在拟南芥实验室中看到的真正发生在自然界正在发生的事情，”今泉说。

他的团队成长为非转基因拟南芥连续五个夏天在户外种植植物，并将它们与在人工长日照条件下在室内种植的植物进行比较。室外植物比室内植物产生更少的叶子，表明室外植物开花得更早。室外和室内植物都显示出FT基因活动的晚峰，但室外种植的植物也显示出FT活动的早晨高峰。他们的结论是，室内的人工生长条件错过了自然条件的关键性质，摒弃了FT基因的表达及其所控制的特性。当活跃时，FT基因产生一种蛋白质，从叶子传播到茎尖分生组织 - 芽中干细胞的生态位 - 产生地上生长 - 并将分生组织从营养生长转变为花生长。

为了确定室内和室外生长条件之间的差异，Imaizumi的团队专注于光线。拟南芥研究中常用的荧光灯泡不会发出与太阳光相同的光波长。例如，荧光灯泡从远红外波长产生较少的光。在室外生长地块中，红色波长光与远红色波长的比率约为1比1，但对于荧光灯泡，该比率高于2，这意味着它们比远红色发出更多的红光。当研究人员在室内生长室中添加一个远红色LED灯以模仿外部光线时，拟南芥植物随后显示出FT基因活动的早晨峰值。

此外，通过将室内生长室中的温度每天从大约16摄氏度改变到大约23摄氏度或从61华氏度到大约73华氏度来改变，晚上FT基因活性降低，类似于室外植物。

FT已经在其他植物中进行了研究，包括一些作物植物，其也显示FT表达的早晨峰值。但是，对于确定植物性状的细胞和遗传细节所需的受控环境研究，大多数商业上重要的植物太大或生长太慢。这就是为什么拟南芥(一种来自芥菜科的小型，快速生长的杂草)被广泛用作替代模式生物的原因。

Imaizumi表示，该团队的调查结果是重新审视人工生长条件的机会。

“拟南芥已经研究了几十年。研究人员根据设备，时间和资金，尽可能地建立室内生长条件，并将这些条件传递给他们训练的科学家，”今泉说。“但我们需要改变这些条件，以便我们在实验室中发现的东西更接近地反映自然。如果我们通过做出这些微小的改变看到开花的变化，我想其他特征也会改变。”

至关重要的是，他们的研究结果为植物研究人员采用更准确地反映自然生长条件的人工生长条件指明了前进的道路。

“我们表明，人工生长条件需要进行一些简单的修改，研究人员正在全球范围内使用，因此实验室对拟南芥的研究和其他植物准确地模拟了室外生长条件，”今泉说。“这确保了在实验室中取得的发现将更多地与生物过程相比 - 在细胞和分子水平 -在自然界中感兴趣的其他植物中。”

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