英国科学家发现植物“温度计”基因

2010-7-29 00:00 来源: 科学时报
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  英国科学家发现了植物“温度计”基因。(图片提供:John Innes中心)

  植物在各个季节都会暴露在巨大的温度变化之中,并且夜晚和白天的气温也有很大的差异。为了应对这些变化,植物需要感知周围的温度,并随之而调整其生长。

  如今,科学家发现植物可能具有一个内置温度计,它们利用其控制自身生长,这意味着人们或许有望培育出可以抵御气候变化农作物。在此基础上,英国生物学家已经确认出一个可能对培育能够应对天气变化效应的植物非常关键的“温度计”基因。这项研究成果发表在最近出版的《细胞》期刊上。

  植物可以感受到1摄氏度的温度差异。气候变化已经造成了显著的影响——一些植物的花期提前,进而改变了全球物种的分布。虽然科学家在数百年前就已经知道温度对植物的影响,但迄今为止,温度是怎样被植物感知的仍是一个未解之谜。

  为了找到问题的答案,英国诺威奇市John Innes中心的Vinod Kumar博士和Phil Wigge博士分析了样本植物拟南芥的所有基因,以便了解哪种基因由较热的温度开启。

  他们将其中一种基因连接到会发冷光的基因上,从而创造了在温度增加时发冷光的植物。利用这种方法,研究人员可以屏蔽掉不能再感知适当温度的突变体。

  其中一个突变体尤其有趣,因为它丧失了正确感知温度的能力。研究人员发现,这株植物表现得好像其周围一直很热——当这株植物周围区域或热或冷时,它都会发冷光。

  Kumar发现了这株变体植物,他说:“这种植物让我感到很惊奇,它们像处于高温的植物一样生长,即使我们把温度降低也是如此。”

  这种植物具有一个影响一种特殊类别组蛋白工作的单一缺陷。这些蛋白质和DNA(脱氧核糖核酸)物质绑定,并且在其周围将其包裹,因此可以控制哪些基因被开启。

  引人注意的是,当这种特殊组蛋白不再并入DNA时,植物显示出其所有基因都好像处于高温中,即使是冷的时候。这使科学家相信,这种特殊组蛋白便是重要的温度反应调节器。

  组蛋白变体通过在更低温度时更紧地绑定植物的DNA,从而可以像温度计一样工作,阻止基因被开启。当温度增加时,组蛋白失去握力,开始放开DNA,允许基因被开启。

  研究人员发现感温基因变体控制着一个基因,这个基因通过加速开花以帮助一些植物适应气候变化。

  植物必须持续适应周围的环境,因为它们不能四处移动。因此没有调整花期的物种将在当地以高比例灭绝。

  了解了植物如何利用温度感知,使得科学家可以检查不同的物种如何对进一步升高的全球气温作出反应。Wigge说:“我们或许可以利用这些基因改变农作物感知温度的方式。如果可以做到,那么我们也许就可以培育出能够抵御气候变化的农作物了。”