今年春天,江南的花儿可不容易。陡升陡降的气温,没来由的风雨,让桂花、樱花、桃花等等不知“该开还是不该开”。
植物开花,究竟是什么机制?在西湖大学,有个植物开花与适应性实验室。每次面对鲜花,科研工作者们都要一步步解读花语,帮助人类更好地利用植物开花机制,提高农作物的产量。
植物开花与适应性实验室特聘研究员朱盼在花房
很少有人知道,植物开花前,设置了重重机制,防止自己过早开花。特别是对于越冬植物而言,必须经历寒冷,才允许自己绽放。
“身为动物,我们与植物如此不同,它们的世界堪称魔法世界。但又是,身为生命,我们拥有共同的法则。了解的越多,就越敬畏自然。”实验室特聘研究员朱介绍。
大自然是如何设计这套复杂机制的?
朱盼研究的一个重点,是FLC (Flowering Locus C)。它是植物生长中的一个基因,在植物开花过程中扮演着“刹车”的角色。当FLC 表达量高时,植物的开花时间就会推迟;而当FLC 表达量低时,植物则会更早地开花。
这无异于,魔法世界的封印。
如何才能解除封印?答案正是经历低温严寒的考验。这个过程也叫春化,在大自然的词典里,春化的题中之意,正是寒冷。中国人的老话,梅花香自苦寒来。
春化过程前,植物专心在营养生长阶段,如同一个孩子在长身体,为春天做准备。而开花,这已经是生殖生长阶段,所谓的花事,其实是生命进入了延续下一代的准备阶段。
问题是,植物怎么能感受到温度呢?
英国约翰英纳斯中心的试验田
此外,FLC 还有一个上游的激活因子——FRIGIDA蛋白,FRIGIDA蛋白可以激活FLC 发挥作用,这相当于一把启动钥匙,是FLC 想要抑制植物开花的某种“前提条件”。
在朱盼研究之前,学界认为低温会导致FRIGIDA蛋白降解,但朱盼的研究推翻了这个结论。自然比我们想象的更复杂,也更聪明。
经过层层实验研究发现,FRIGIDA 蛋白在低温下没有降解,他们凝聚在了一起,不再靠近FLC,等温度回升,他们又释放出来,继续激活FLC。
这就很灵活,可以适应秋冬季节的温度波动变化,想想杭州过山车般的天气吧。而之前学界为什么有不同结论,是因为过量表达FRIGIDA蛋白,会导致低温时FRIGIDA蛋白总量“看起来”比常温时下降了。你看,研究基因功能还得遵循它在植物中的天然状态。
因此,面对自然,你得小心翼翼。
植物有着多重机制来感知温度,而目前我们只了解了其中一点点。
加入西湖大学后,朱盼和团队抓紧建设自己的“花房”。在她的研究计划里,会进一步探索在植物的身体里,如何传递着这些生命的信号。
无法移动,不会说话,没有大脑,但植物是用自己的身体和世界在互动。它们也会“看”,感受光线,并且以光为食物。它们也会“嗅”,察觉气味分子。它们也会“听”,相互传递信号。
它们,也会“想”——比如,决定何时开花。
经过长达数年的调查,朱盼和合作者鉴定到了引起FLC 表达水平定量变化的关键要素。
你可以想象,在植物的身体里,FLC 像是一本交响乐乐谱,一个音符的差异,可以让演奏家决定,从哪里开始演奏它,从而产生完全不同的音乐。更惊奇的是,近年来的研究发现,FLC 不仅仅关乎抑制开花,还关乎到种子萌发、植物抗病等等方面。大自然不是单向街,它有一种反对绝对阐释的本领。
终究,大自然读它千遍也不厌倦,如同阅读春天里的一朵花。
朱盼实验室的拟南芥,是经典的模式植物,被称为植物界的小白鼠
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