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揭示生长和冷热感知的简单关系!

发布时间2020-07-17        浏览次数:63

植物,面对在几个小时到几个月的时间尺度上波动的温度,需不断加以解释以使它们的生长发育与季节相适应。

人们对植物如何对温度做出反应有很多了解,但是让植物测量温度信号的机制还不太清楚。

在这项发表在《Nature》杂志上的研究中,分别来自约翰因斯中心Dame Caroline Dean教授和Martin Howard教授小组的研究人员Yusheng Zhao和Rea Antoniou Kouronioti解释了缓慢生长被用作感知温度长期变化的信号。



“我们发现了一种新的温度传感机制,它能长期记忆寒冷,整合过多波动的温度来测量寒冷的持续时间。这是一种新型的温度传感物理机制,可以指导该领域的进一步研究。”

通过一个前瞻性的基因筛查,他们发现了一种功能失调的反应:在温暖的温度下表达很高水平的VIN3蛋白质。之前大家了解到,这种蛋白质在寒冷时期被上调,并与允许植物记忆寒冷的表观遗传分子记忆系统相互作用。

赵博士发现,这些植物中有两种突变的NTL8转录因子,即使没有寒冷也能激活VIN3。

为了了解NTL8的作用,他们用荧光蛋白(GFP)标记了NTL8,并在生物成像平台的帮助下,研究了这种蛋白与VIN3相比的存在位置。结果表明,突变蛋白在植物体内随处可见,野生型蛋白主要分布于根尖。它还表明,在寒冷的环境中,它会随着时间的推移而慢慢积累。

利用理论方法进一步探索这个问题,研究小组推断,了解NTL8蛋白质降解的速度可以帮助我们深入了解NTL8和VIN3的慢动力学是如何运作的。结果发现NTL8蛋白是持久的,正如理论预测的那样。

数学模型表明,影响NTL8蛋白含量的主要因素是生长依赖性稀释。如果天气变暖和,植物生长得geng快,并且随着细胞的繁殖,NTL8的数量也会稀释。相比之下,在较低的温度下,植物生长较慢,NTL8浓度geng高,能够随着时间积累。这个数学模型可以重现在冷暖条件下观察到的NTL8蛋白水平。

为了进一步测试这个模型,他们添加了化学物质和激素来改变植物的生长,看看这是否改变了模型预测的NTL8的水平。他们在根部添加了植物生长激素赤霉素(Gibberellin),这能使植物生长geng快,而NTL8的含量也比预期的低。当他们添加生长抑制剂时,整个植株的NTL8蛋白水平geng高。研究小组在树根上做了类似的实验,这些预测也得到了证实。

联合第1作者Rea Antoniou-Kourounioti补充道:“我们对我们发现的新温度机制的简单到惊讶,它从一个过程(生长)中回收温度信息,为另一个过程(春化——寒冷加速开花)创造一个全新的温度传感机制。我们只需改变暖态和冷态的生长速率,就可以用我们的模型重现实验观测中的大部分与温度有关的变化。”

Martin Howard教授说:“这项研究彻底改变了我们对植物如何感知温度的理解,尤其是如何整合长期环境波动的情况。”。

“这项研究表明,当实验方法与计算模型相结合时,会产生奇妙的协同效应,”Caroline Dean说。“我们不可能通过单独做这两件事来搞清楚这一机制。

这项发现将有助于了解植物和其他生物如何感知长期波动的环境信号,并可应用于作物