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世界上最能长的植物是什么?你知道吗?

2021-02-03 10:04:18  来源:知否

我们经常能在水面上看到一层“绿膜”,那其实是成千上万株的芜萍(Wolffia),浮萍科的一种植物,也是已知生长速度最快的植物。但这种奇怪植物的遗传因素对科学家们来说一直是个谜。

现在,得益于基因组测序技术的进步,研究人员正在了解这种植物的独特之处,并在此过程中发现了一些有关植物生物学和生长速度的基本原理。

索尔克研究所的科学家们日前公布了有关芜萍基因组的新发现,有助于解释这种植物为何能生长得如此之快。这项研究发表在2021年2月的《基因组研究》(Genome Research)上,能够帮助科学家了解植物如何在生长与扎根、保护自身免受虫害影响等其他功能之间进行权衡取舍。这项研究对设计拥有特定功能的全新植物具有启示作用,比如说如何让植物更好吸收空气中的二氧化碳,从而帮助人类应对气候变化的影响。

“许多科学进步都要感谢那些非常简单的有机体,比如酵母、细菌和蠕虫等等,”论文第一作者、索尔克植物分子和细胞生物学实验室研究教授托德·迈克尔(Todd Michael)说。“我们的想法是,使用像芜萍这样的最小植物来理解植物成长的基本原理。”

芜萍是一种生长在淡水中的植物,遍布除南极洲以外的所有大陆。其看起来像漂浮在水中的绿色种子,每株植物只有针头大小。芜萍没有根,只有一个单一的茎叶结构。其子体会从母体上脱芽,繁殖方式类似于酵母。一些专家认为,芜萍的数量在不到一天的时间里就能翻番,有望成为养活人类的重要蛋白质来源。在东南亚部分地区,已经有当地人吃这种植物了。

为了弄清楚芜萍基因组中的哪些因素导致其快速生长,研究人员分别在光照和黑暗交替的周期下培育这些植物,然后对它们进行分析,以确定不同时间段哪些基因最活跃。因为大多数植物生长都受到明暗周期调节,大部分生长发生在早晨。

迈克尔说:“令人惊讶的是,与其他植物相比,芜萍只有一半的基因受明暗周期的调节。”“我们认为这就是它增长如此之快的原因,没有什么限制芜萍何时生长。”

研究人员还发现,芜萍并没有诸如保护机制或根系生长等其他基因。 “这种植物已经去掉了大部分它不需要的基因,” 迈克尔补充说。“它似乎已经演变成只专注于不受控制的快速增长。”

“关于芜萍基因组的数据可以为了解植物如何规划自身结构以及如何生长提供重要信息,”论文合著者约瑟夫·埃克(Joseph Ecker)教授说。“这种植物有望成为一种新的实验室模型,用于研究植物行为的核心特征,包括基因如何影响不同的生物活性。”

研究人员的一个重点是学习如何从头开始培育新的植物,这样它们就可以根据特定功能进行优化。目前研究扩展了基础植物生物学知识,并提供了改良作物的潜力。比如让植物在根部更好地储存大气中的碳,就是实验室“利用植物计划”首创的方法,从而帮助人类应对气候变化的威胁。

迈克尔计划继续研究芜萍,通过对这种简化植物的研究了解更多有关植物生长发育的基因组结构。(辰辰)

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