何時(shí)開花 盡在掌握

科學(xué)家們通過(guò)基因研究解決了80年懸而未決的謎題：植物怎么知道何時(shí)開花？

這項(xiàng)研究通過(guò)了解簡(jiǎn)單植物擬南芥的開花機(jī)制，以便更好地了解水稻等更復(fù)雜植物中的相同基因的工作原理。

確定植物開花的適當(dāng)時(shí)機(jī)，最重要的是這株植物是否能繁殖成功，涉及分子活動(dòng)的序列、植物的生物鐘和陽(yáng)光等因素。華盛頓大學(xué)生物學(xué)助理教授今泉（Takato Imaizumi）說(shuō)：“我們?cè)谶@項(xiàng)研究中了解了名為擬南芥的簡(jiǎn)單植物的開花機(jī)制，這將使我們更好地了解在更復(fù)雜植物中的相同基因的工作原理，如水稻、小麥和大麥等農(nóng)作物。”今泉已將這項(xiàng)研究的研究報(bào)告發(fā)表在了2012年5月的《科學(xué)》雜志上。

今泉說(shuō)：“如果我們能夠‘調(diào)控’植物的開花時(shí)間，加快作物在不同環(huán)境下開花結(jié)果的速度，就有可能增加作物產(chǎn)量。了解開花機(jī)制，將使我們掌握‘調(diào)控’的工具。”除了糧食作物，這項(xiàng)研究工作也將使生物燃料植物的產(chǎn)量更高。

在每年的特定時(shí)間，開花植物都會(huì)在它們的葉子上產(chǎn)生一種被稱為“FLOWERING LOCUST”的蛋白質(zhì)，誘導(dǎo)開花。一旦這種蛋白質(zhì)生成，它就會(huì)從葉片轉(zhuǎn)移到莖尖，莖尖是植物細(xì)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(zhì)在莖尖開始發(fā)生分子變化，輸送細(xì)胞，長(zhǎng)成花朵。

眾所周知，隨著季節(jié)變化，白天的長(zhǎng)短也會(huì)發(fā)生變化。植物使用一種被稱為“生物鐘”的內(nèi)部計(jì)時(shí)機(jī)制來(lái)衡量白天的長(zhǎng)度變化。在人類、動(dòng)物、昆蟲、植物和其他生物一天的24小時(shí)期間，生物鐘與生物過(guò)程同步。

今泉和該研究報(bào)告的合著者們研究了一種被稱為“FKF1”的蛋白質(zhì)，他們認(rèn)為這種蛋白質(zhì)對(duì)植物感知季節(jié)性變化并知道何時(shí)開花的機(jī)制起了關(guān)鍵作用。“FKF1”蛋白質(zhì)是一種感光器，這意味著它是由陽(yáng)光激活的。今泉說(shuō)：“我們一直研究的‘FKF1’感光蛋白質(zhì)在每天傍晚表達(dá)，受到植物生物鐘的嚴(yán)格調(diào)節(jié)，當(dāng)這種蛋白質(zhì)在白天時(shí)間較短時(shí)表達(dá)，它無(wú)法被激活，因?yàn)樵诎頃r(shí)沒(méi)有陽(yáng)光。當(dāng)這種蛋白質(zhì)在白天時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)表達(dá)，這種感光器能夠充分利用陽(yáng)光，并激活涉及‘FLOWERING LOCUST’蛋白質(zhì)的開花機(jī)制。”生物鐘調(diào)節(jié)感光器促使植物開花的時(shí)間，這就是植物如何感知白天時(shí)間長(zhǎng)度的不同。該系統(tǒng)使植物在日短夜長(zhǎng)的隆冬時(shí)節(jié)不開花。

這一新發(fā)現(xiàn)來(lái)自對(duì)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(yàn)證了愛(ài)丁堡大學(xué)生物學(xué)教授、該研究報(bào)告的合著者安德魯·米勒（Andrew Millar）對(duì)引起擬南芥開花機(jī)制的數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。米勒說(shuō)：“我們的數(shù)學(xué)模型幫助我們了解植物的白天長(zhǎng)度傳感器的工作原理。這些原理將用于對(duì)其他植物進(jìn)行調(diào)控，如水稻，這種農(nóng)作物對(duì)白天時(shí)間長(zhǎng)度的反應(yīng)是限制農(nóng)民取得好收成的一個(gè)因素。對(duì)白天時(shí)間長(zhǎng)度的反應(yīng)也可以控制產(chǎn)蛋的雞和魚場(chǎng)的照明，所以了解動(dòng)物的反應(yīng)同樣重要。關(guān)于動(dòng)物的蛋白質(zhì)還沒(méi)有植物的這么好理解，但我們期望，可以將這一研究成果應(yīng)用到實(shí)踐中。”