向日葵的特殊向光轉向機制與我們想象的完全不同

就植物活動而言，向日葵幼苗每天跟隨太陽在天空中的移動而轉動其亮黃色的頭狀花序的方式可能非常引人注目。現在，科學家們驚奇地發現，向日葵是通過一種新的遺傳機制來完成這一動作的，這與之前對向日葵獨特的轉向功能的研究有所不同。

美國加利福尼亞大學戴維斯分校植物生物學教授斯泰西·哈默發現，向日葵通過一種以前未知的機制對太陽做出反應。

斯泰西·哈默說：“這完全出乎我們的意料。”

植物具有向光性，字面意思是“光轉向”。這一復雜的分子、生化和細胞過程有助于植物向著藍光譜光刺激生長，從而最大限度地進行重要的光合作用。

然而，常見的向日葵卻表現出一種不同的過程，意為“太陽轉向”，長期以來一直被認為是一種特殊的向光性。在雛菊、牽牛花等花卉中都能看到這種現象。

然而，哈默發現，向日葵實際上有一套完全不同的基因在發揮其特殊的向日葵特性，其轉錄調控展示了一種完全不同的機制，使植物能夠移動。以前人們認為，這種行為與趨光素驅動的趨光機制非常相似。

哈默說：“我們似乎已經排除了趨光素途徑的可能性，但我們并沒有找到明確的證據。”

在這項研究中，哈默、研究生克里斯托弗·布魯克斯和博士后研究員哈加托普·阿塔米安研究了向日葵在實驗室室內生長時，哪些基因會開啟，哪些基因會在室外太陽光下自然轉錄。

他們發現，在室內，植物直接向著光生長，激活了與向光性蛋白相關的基因，即促進向光性的藍光受體蛋白激酶。但在室外生長時，向日葵表現出完全不同的基因表達模式，莖干兩側的向光性蛋白沒有差異（在植物中，這種差異通常會促使莖干向光刺激方向移動）。

研究人員在論文中指出，自然光下的向日葵植物和單色藍光下的向光葵植物基因表達的差異使我們認為，向日葵的向日運動是由多個光感受器促成的。

向日葵植物利用不同的分子途徑進行向光彎曲和向日葵運動。研究小組還用遮光箱分別阻擋了藍光、紫外光、紅光和遠紅光，結果發現這并不妨礙自然向日葵的向光性，這表明向日葵的向光性過程是一個涉及多種波長光的復雜途徑。

有趣的是，當向日葵從室內移到室外時，它們在第一天就立即開始追蹤太陽。研究人員認為，向日葵正在進行一些“重新布線”，以迅速適應新的光源和所需的不同分子途徑。

這也為研究提供了啟示，表明基于實驗室的研究可能只能提供全貌的一個縮影。哈默說：“在生長室等受控環境中確定的東西在現實世界中可能行不通。”

雖然研究小組還沒有確定向日葵的特殊向日葵力所涉及的基因，但他們將努力研究植物中的蛋白質調控。

這項研究發表在《PLOS生物學》雜志上。（綜合整理報道）（策劃／羅媛）