植物是如何知道什么时候要开花?

花开堪折直须折,莫待无花空折枝。花期通常是短暂的,而植物又是如何知道什么时候要开花呢?近日,来自英国伯明翰大学、诺丁汉大学的植物学家与牛津大学、荷兰乌得勒支大学的科学家合作发现了开花植物感知并“记住”环境变化的机制,或许为我们找到了答案。这项发表在《自然?通讯》杂志上的研究,还可能帮助我们开发新的植物品种,包括能够适应不同环境条件的谷物和蔬菜。

植物的记忆功能使它们能够准确地协调自身的发展,以应对环境胁迫或季节变化。例如,许多植物都记得漫长冬天的寒冷,从而保证了它们只在春天温度回升时才开花。这种保护是通过一组叫做PRC2的蛋白质实现的:在寒冷的环境中,PRC2会以复合体的形式聚集在一起,转换植物的开花状态。但有关PRC2如何检测环境变化以确保只在需要时激活的机制,我们所知甚少。

新研究中,研究人员发现PRC2复合体的核心成分:一种叫做VRN2的蛋白质。它极不稳定,在温度较高且氧气充足时会不断分解;当环境变得恶劣时,例如当植物被淹没,氧气不足时,VRN2又会变得稳定并提高植物的存活率。VRN2蛋白也会在寒冷的环境中积累,这使得PRC2复合体能够在温度升高时触发植物开花。研究小组调查了这一现象的原因,发现了植物对寒冷反应和对洪水期间低氧的反应惊人地相似。

伯明翰大学生物科学学院的Daniel Gibbs博士是这项研究的主要作者,他解释说:“植物具有非凡的感知和记忆环境变化的能力,这使它们能够控制自己的生命周期。”VRN2在不需要的时候不断分解,而在适宜的环境条件下则会积累。通过这种方式,VRN2可以直接感知和响应来自环境的信号,而PRC2复合体在不需要时是没有活性的。

“这一机制有可能帮助创造出能够适应不同环境条件的植物,对应对气候变化将非常重要。”诺丁汉大学的Michael Holdsworth教授是这项研究的负责人之一,他说:“研究寒冷如何导致VRN2稳定性增加,以及为什么这种反应与植物对洪水导致的低氧反应相似,对于我们开发新的植物品种非常重要。”

有趣的是,动物也有PRC2复合体,但没有不稳定的VRN2蛋白。“这个系统似乎是专门在开花植物中进化出来的,也许这让它们在适应和应对环境变化的能力上有了更大的灵活性,毕竟植物固定在地面上,无法移动。”Holdsworth教授补充说。

编译:花花

审稿:三水

责编:南熙