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细胞传感器帮助植物找到光

2019-01-11 17:55:37 • 来源：

尽管看起来很被动，但植物之间为了生长和吸收阳光而相互争斗。如果一种植物被另一种植物遮蔽，它就会与生存所必需的阳光隔绝。

细胞传感器帮助植物找到光

为了逃离这种致命的阴凉，植物有光传感器，当受到其他植物的阴凉的威胁时，可以触发内部警报。他们的传感器可以探测到红光和蓝光(被植物吸收的波长)的损耗，从而区分附近的侵略性植物和路过的云。

索尔克研究所(Salk Institute)的科学家们发现了一种方法，可以让植物通过评估树荫的质量来抵御邻居的威胁，这一发现可能被用来提高作物的产量。这项发表在2015年12月24日《细胞》(Cell)杂志上的新研究，展示了分子传感器在植物中检测到的蓝光损耗是如何促使植物加速生长，从而战胜竞争对手的。

“有了这些知识和类似的发现，也许你最终可以教会一种植物忽略它在阴暗处的事实，不管怎样释放出大量的生物量，”索尔克植物分子和细胞生物学的高级作者兼主任乔安妮·乔里(Joanne Chory)说。

这项新工作颠覆了该领域以前的观念。人们知道，植物对红光减弱的反应是通过激活一种叫做生长素的生长激素，使其生长速度超过邻近植物。然而，这是研究人员首次证明，避荫可以通过一种完全不同的机制发生:一种名为隐色素的细胞传感器，不会改变生长素的水平，而是通过启动促进细胞生长的基因，对蓝光减弱做出反应。

这一发现可以帮助研究人员了解如何修改植物基因以优化生长，例如，强制大豆或西红柿作物(这是出了名的善变)更积极地生长，即使在拥挤、阴暗的田地里也能获得更高的产量。

该小组的研究重点是隐花色素，一种蓝色光敏传感器，负责告诉植物何时生长，何时开花。隐花色素最初在植物中被发现，后来在动物中也被发现。在这两种生物中，隐花色素都与昼夜节律(人体的生物钟)有关。这种蛋白质在感知蓝光损耗方面的作用已经为人所知，但这项研究首次展示了隐色素如何在阴影环境中促进生长。

该研究小组将正常和突变的拟南芥植株放置在一个蓝光受限的光控室内。突变植株要么缺少隐花色素，要么缺少一种PIF转录因子。PIF转录因子是一种蛋白质，与DNA结合以控制基因的开启或关闭。研究人员通过观察隐花色素、PIFs和染色体之间的接触，观察突变体和正常植物在不同蓝光条件下的反应。

“我们发现隐花色素接触DNA上的这些转录因子，激活的基因与其他光感受器激活的完全不同，”这项研究的第一作者、索尔克研究所的助理研究员乌拉斯·佩德马勒(Ullas Pedmale)说。“这也是一条非常短的路径，因此植物可以对它们的光环境做出快速反应。”

下一步的工作是了解如何操纵增长反应。“最终，我们可以通过改变植物长叶子的方式、叶子生长的速度以及叶子相对于彼此和茎的角度来帮助农民紧密地种植作物。”这将有助于提高未来几代作物的产量。

“避荫和植物对温度升高的反应看起来很相似，事实上它们有很多共同的分子成分，”Pedmale补充说。“因此，研究避荫不仅会导致荫蔽环境下产量的增加，还可能解释如何在气候变暖的情况下提高产量。”

这篇论文的其他作者是来自索尔克研究所的黄绍珊、马克·赞德、本杰明·科尔、乔纳森·赫策尔、佩德罗·里斯、卡祖马萨·尼托、约瑟夫·奈利和约瑟夫·埃克尔;瑞典农业科学大学Umea植物科学中心的Karin Ljung;还有加州大学圣地亚哥分校的Priya Sridevi。

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