发现调节昼夜节律的植物中的时钟基因

植物通过触发生物过程来准备寒冷的夜晚，例如关闭它们的气孔和合成蜡以防止水分流失。生物学家已经证明，这些由晚上表达的基因诱导的过程实际上是由日出时产生的时钟蛋白调节的。进一步了解这些时钟介导的过程可以促进植物在与其起源不同的气候中的生长。

为了适应由地球自转引起的昼夜交替，许多生物体具有受其基因调节的生物钟(生物钟)。然而，与植物生物钟相关的基因的相互作用仍未完全了解。在一项新研究中，由植物细胞杂志在线发表，由名古屋大学转化生物分子研究所(WPI-ITbM)的Norihito Nakamichi领导的生物学家团队发现，晚上产生的时钟基因受到监管。通过早上产生的时钟蛋白质。

该团队还发现，这些夜晚时钟基因负责植物在晚上进行生物过程以响应环境。为了准备晚上的低温，植物准备应对干旱胁迫，传递来自植物激素的信号，调节其气孔的开启和关闭，并产生蜡以防止水分流失。我们现在看到的许多作物都是具有受其生物钟调节的优化特性的选定物种。例如，在日本，种植早花小麦品种，以便在雨季到来之前收获。由于调节生物钟相关基因，已经产生了早期开花的栽培品种。Nakamichi及其同事在植物抗旱性的一组关键时钟基因上的发现可以通过修改生物钟来产生优化的植物物种以在特定环境中生长。

许多生物中的生物钟由大约24小时的周期组成。在植物中，它们使用它们的生物钟，以便在一天中的正确时间发生适当的生物过程。例如，突然的日光会产生对植物有毒的活性氧，因此植物开始合成分子，在日出前去除活性氧。

在下午，植物准备好应对日落之后的寒冷气温。以这种方式，植物利用它们的生物钟预先响应由时间变化引起的周围环境的变化。生物钟被认为是由多个基因之间的相互调节组成，但这种复杂的基因和分子网络尚未完全阐明。Norihito Nakamichi是ITbM的副教授，也是该项研究的负责人，自2004年以来一直在进行植物生物钟研究，他决定研究各种生物事件如何受时钟调节。“我之所以对研究生物钟感兴趣，是因为我非常喜欢植物复杂时钟网络带来各种生物过程背后的逻辑，”Nakamichi说。

“自2011年以来，我们一直在努力寻找调节下午转录基因表达的关键因素，”Nakamichi说。该小组使用PSEUDO-RESPONSE REGULATOR 5(PRR5)，它是模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)的时钟基因。

“我们首先假设CCA1是一种在日出时产生的时钟蛋白，它与参与靶基因PRR5表达的特定DNA序列结合，”Nakamichi描述道。“我们通过一种名为染色质免疫沉淀(ChIP)的技术收集了与DNA结合的CCA1蛋白，并通过快速DNA测序分析了DNA序列。” 虽然快速DNA测序是众所周知的技术，但DNA序列的综合分析可能是一个相当复杂的过程。Nakamichi继续说道，“我们实际上不得不来回多次，直到我们能够确定PRR5基因以高频率出现在监管区域。” “当我看到数据表明CCA1蛋白直接作用于PRR5基因的调控区并对其产生重大影响时，我感到非常兴奋。”

此外，该组在植物细胞的染色体中发现了CCA1时钟蛋白的靶DNA区域。“我们发现许多基因在晚上在CCA1结合的DNA区域附近表达，”Nakamichi解释道。这些基因中的一些负责植物对干旱胁迫的反应，来自植物激素的信号传递，脱落酸，气孔开启和关闭的调节以及蜡的产生。“我们的研究结果表明，CCA1蛋白诱导这些生物过程在晚上的特定时间发生。”

“植物有一个复杂的时钟系统，适当的生物过程在一天中的正确时间发生。如果CCA1蛋白在早上不起作用，植物将开始准备感冒，防止白天失水，”中道。“通过能够在正确的时间打开和关闭时钟蛋白的功能，这可以促进适应不同气候的植物的生长，”他继续说。

“与生物钟相关的基因在许多植物中很常见。到目前为止，许多已经选择的作物实际上是在控制其生物钟的基因中自然或人工突然发生变化的作物，”Nakamichi说。“我们相信，我们的工作有助于进一步了解拟南芥中生物钟的分子机制，我们希望这有助于在许多其他植物物种中适当调整生物钟。”

郑重声明：本文版权归原作者所有，转载文章仅为传播更多信息之目的，如有侵权行为，请第一时间联系我们修改或删除，多谢。