
在水面上,我們常常可以看到一層“綠膜”,那實際上是數千株蕪萍(Wolffia),屬于浮萍科,也是已知生長最快的一種植物。但是這種奇特植物的遺傳特性一直是科學家們難以理解的。
如今,由于基因組測序技術的進步,研究人員正在理解這種植物的獨特之處,并在這一過程中,他們發現了一些關于植物生物學和生長速度的基本原理。
SolkeInstitute研究所的科學家最近發表了關于蕪萍基因組的新發現,這有助于解釋為什麼蕪萍可以生長得這麼快。該研究發表在了2021年2月的《基因組研究》雜志上,它可以幫助科學家們理解植物是如何權衡生長和其他功能,例如:植株生根,保護自己免受害蟲侵襲。這一研究對于設計具有特殊功能的全新植物,比如如何使植物更好地從空氣中吸收二氧化碳,從而幫助人類應對氣候變化的影響,具有啟發意義。
這篇論文的第一作者、索爾克植物分子和細胞生物學實驗室研究教授ToddMichael說:“許多科學進展都要歸功于那些非常簡單的生物體,如酵母、細菌和蠕蟲等。這個想法就是用蕪萍之類的小型植物來理解植物生長的基本原理。
除了南極洲之外,蕪萍是一種生長在淡水中的植物,分布于所有大陸。它看上去就像漂浮在水中的綠籽,每個都隻有針那麼大。蕪萍沒有根,隻有一根莖和一葉結構。子代體會從母體中脫芽,繁殖方式與酵母相似。
…有專家認為,蕪萍的數量将在之内翻一番,并有望成為養活人類的重要蛋白質來源。當地的人已經在東南亞的一些地區食用這種植物。
為找出蕪萍基因組中的哪些因子能促進其快速生長,研究人員分别在光照和黑暗交替的周期中培育了這些植物,然後分析它們,找出不同時期哪些基因是最活躍的。由于大部分植物的生長受明暗周期的影響,大部分的生長是在早上進行的。
Michael說:“與其他植物相比,蕪萍中隻有一半的基因受明暗周期的影響,這一點非常驚人。我想這就是為什麼它長得這麼快,沒有什麼能限制蕪萍在什麼時候生長。
研究者還發現,蕪萍并不存在其它基因,如保護機制和根系生長。Michael補充道:“這種植物已經去除了大部分不需要的基因。他說:“它似乎已演變成隻注重無法控制的快速增長。
這篇論文的共同作者JosephEcker教授說:“關于蕪萍基因組的數據可以為了解植物自身結構和生長方式提供重要信息。”該植物有希望成為一個新的實驗室模型,用來研究植物行為的核心特征,包括基因是如何影響各種生物活性的。
研究者的重點之一是學習如何從零開始培育新植物,使它們能夠适應特定的功能。當前的研究擴展了植物的基礎生物學知識,為改進作物提供了潛力。例如,讓植物更好地在根部儲存大氣中的碳,這是實驗室“利用植物項目”所首創的方法,從而有助于人類應對氣候變化的威脅。
Michael計劃繼續研究蕪萍,通過對簡化植物的研究,了解更多關于植物生長和發育的基因組結構。
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