何時開花 盡在掌握

科學家們通過基因研究解決了80年懸而未決的謎題：植物怎么知道何時開花？

這項研究通過了解簡單植物擬南芥的開花機制，以便更好地了解水稻等更復雜植物中的相同基因的工作原理。

確定植物開花的適當時機，最重要的是這株植物是否能繁殖成功，涉及分子活動的序列、植物的生物鐘和陽光等因素。華盛頓大學生物學助理教授今泉（Takato Imaizumi）說：“我們在這項研究中了解了名為擬南芥的簡單植物的開花機制，這將使我們更好地了解在更復雜植物中的相同基因的工作原理，如水稻、小麥和大麥等農作物。”今泉已將這項研究的研究報告發表在了2012年5月的《科學》雜志上。

今泉說：“如果我們能夠‘調控’植物的開花時間，加快作物在不同環境下開花結果的速度，就有可能增加作物產量。了解開花機制，將使我們掌握‘調控’的工具。”除了糧食作物，這項研究工作也將使生物燃料植物的產量更高。

在每年的特定時間，開花植物都會在它們的葉子上產生一種被稱為“FLOWERING LOCUST”的蛋白質，誘導開花。一旦這種蛋白質生成，它就會從葉片轉移到莖尖，莖尖是植物細胞未分化的一部分，這意味著它們可能成為葉，也可能成為花。這種蛋白質在莖尖開始發生分子變化，輸送細胞，長成花朵。

眾所周知，隨著季節變化，白天的長短也會發生變化。植物使用一種被稱為“生物鐘”的內部計時機制來衡量白天的長度變化。在人類、動物、昆蟲、植物和其他生物一天的24小時期間，生物鐘與生物過程同步。

今泉和該研究報告的合著者們研究了一種被稱為“FKF1”的蛋白質，他們認為這種蛋白質對植物感知季節性變化并知道何時開花的機制起了關鍵作用。“FKF1”蛋白質是一種感光器，這意味著它是由陽光激活的。今泉說：“我們一直研究的‘FKF1’感光蛋白質在每天傍晚表達，受到植物生物鐘的嚴格調節，當這種蛋白質在白天時間較短時表達，它無法被激活，因為在傍晚時沒有陽光。當這種蛋白質在白天時間較長時表達，這種感光器能夠充分利用陽光，并激活涉及‘FLOWERING LOCUST’蛋白質的開花機制。”生物鐘調節感光器促使植物開花的時間，這就是植物如何感知白天時間長度的不同。該系統使植物在日短夜長的隆冬時節不開花。

這一新發現來自對擬南芥的研究。擬南芥是一種十字花科的小型植物，往往用于基因研究。他們驗證了愛丁堡大學生物學教授、該研究報告的合著者安德魯·米勒（Andrew Millar）對引起擬南芥開花機制的數學模型的準確性。米勒說：“我們的數學模型幫助我們了解植物的白天長度傳感器的工作原理。這些原理將用于對其他植物進行調控，如水稻，這種農作物對白天時間長度的反應是限制農民取得好收成的一個因素。對白天時間長度的反應也可以控制產蛋的雞和魚場的照明，所以了解動物的反應同樣重要。關于動物的蛋白質還沒有植物的這么好理解，但我們期望，可以將這一研究成果應用到實踐中。”