上海科學(xué)家成功調(diào)控十字花科植物“壽命”，多年生與一年生自由轉(zhuǎn)換
一年生植物在一年內(nèi)完成整個(gè)生活史，即從受精、種子萌發(fā)、開花、結(jié)果直至死亡。而多次開花多年生植物在開花結(jié)果后并不會死亡，還會繼續(xù)產(chǎn)生葉片，在來年繼續(xù)開花結(jié)果，并如此循環(huán)往復(fù)。相較于高等動物，多年生高等植物擁有著不可思議的壽命極限。世界上最長壽的歐洲云杉已經(jīng)9500歲；北非加納利群島上的龍血樹也有8000歲；加利福尼亞州的狐尾松壽命能達(dá)到4700歲……它們“蒼老”到連年輪都無法注釋，只有通過碳14方法才能測算出高壽幾何，但它們又依然“年輕”，依舊在每一個(gè)春天里綻放新綠。
一般認(rèn)為，多年生植物更為古老，一年生植物是由多年生祖先演化而來。然而，多年生高等植物的基因組中有著數(shù)以萬計(jì)的基因和數(shù)以億計(jì)的堿基對，要找到?jīng)Q定多年生的關(guān)鍵基因猶如大海撈針。至今全世界還沒有一個(gè)多年生基因被克隆，相關(guān)的演化路徑仍不清楚。
2024年5月28日，國際學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》Cell在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心王佳偉研究組題為“Reciprocal conversion between annual and polycarpic perennial flowering behavior in the Brassicaceae（十字花科植物一年生與多年生的自由轉(zhuǎn)換）”的研究論文。本文的研究策略是以具有豐富生活史（一年生、二年生和多年生）策略變異的植物屬種為模式，通過構(gòu)建跨物種遺傳群體和正向遺傳學(xué)手段定位決定多年生和植物生活史策略演化的關(guān)鍵基因。
研究員正在觀察擬南芥實(shí)驗(yàn)情況
十字花科植物包括多種重要蔬菜和油料作物，模式植物擬南芥也屬于該科。王佳偉研究團(tuán)隊(duì)通過對中國植物志的深入調(diào)研以及全世界范圍內(nèi)植物的收集，于十字花科須彌芥屬和糖芥屬中分別選取了一對可雜交的一年生/多年生植物組合。研究結(jié)果顯示，擬南芥等一年生植物具備成為多次結(jié)實(shí)多年生植物的先決條件。多年生FLC類MADS-box基因可能是十字花科植物多年生生活習(xí)性建立的充要條件。
該項(xiàng)研究在國際上首次實(shí)現(xiàn)了十字花科植物多年生與一年生的自由轉(zhuǎn)換，為未來精準(zhǔn)設(shè)計(jì)、定向培育適應(yīng)特定氣候地理環(huán)境的多年生油菜作物品種奠定了理論基礎(chǔ)。此外，由于多年生作物具有發(fā)達(dá)的根系，能保證高的水肥利用，減少土壤流失，并將大氣中的碳固定在土層中，因此設(shè)計(jì)多年生十字花科植物也將有利于我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和雙碳目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
一年生植物（annual）在開花后全株枯萎死亡，沒有分生組織（meristem）保留；多次開花多年生植物（polycarpic perennial）在開花后可以回復(fù)營養(yǎng)生長，以此保留部分分生組織，支撐多年生長。研究發(fā)現(xiàn)，同時(shí)敲除3個(gè)FLC類MADS-box基因可以導(dǎo)致十字花科多年生植物向一年生的轉(zhuǎn)換，而在一年生植物中表達(dá)一個(gè)多年生類型的FLC基因就可以讓一年生植物變?yōu)槎嗄晟?/span>
（總臺記者 竇筠韻）
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