Plant, Cell & Environment |植物可以像我们一样是云雀或夜猫子

    根据一项新的研究发现，植物的生物钟与人类体内的生物钟具有相同的变异性，该研究表明，植物昼夜节律的基因可以改变植物的昼夜节律。

夜猫子。 这些发现可能会帮助农民和农作物育种者选择最适合自己所在地的植物，从而有助于提高产量甚至抵御气候变化的能力。昼夜节律是指导生物体昼夜运转的分子节拍器。 早晨的到来和夜晚拉开帷幕。 从黎明开始的光合作用到开花时间的调节，植物的调节过程广泛。这些节律模式可能会因地理位置，纬度，气候和季节而异，而植物时钟必须适应最适合当地条件的情况。 厄尔勒姆研究所（Earlham Institute）和诺里奇（Norwich）约翰·因内斯中心（John Innes Center）的研究人员希望更好地了解自然存在多少昼夜节律变化，其最终目标是培育对环境的局部变化更具适应力的作物-气候变化的紧迫威胁。 

    为了研究这些局部差异的遗传基础，研究小组检查了瑞典拟南芥植物的昼夜节律，以确定和验证与时钟节律变化有关的基因。 Earlham Institute的博士后研究员、该论文的作者Hannah Rees博士说：“一种植物的整体健康状况在很大程度上取决于它的生物钟与每天的长度和季节的流逝同步的程度。一个精确的生物钟可以让它在竞争对手、掠食者和病原体面前占据优势。 “我们很想知道瑞典的植物昼夜节律会受到怎样的影响；瑞典是一个在白天时间和气候上经历极端变化的国家。了解生物钟变异和适应背后的遗传学可以帮助我们在其他地区培育出更具气候适应性的作物。” 研究小组研究了从整个瑞典获得的191种不同拟南芥的基因。他们正在寻找这些植物之间基因的微小差异，这可能解释了昼夜节律功能的差异。 他们的分析表明，一个特定基因COR28中的单个DNA碱基对变化更可能出现在开花晚、周期较长的植物中。COR28是已知的开花时间、耐寒性和昼夜节律的协调因子，所有这些都可能影响瑞典当地的适应性。 里斯博士解释说：“一个基因序列中只有一个碱基对的变化就能影响生物钟滴答作响的速度，这真是令人惊讶。”。 科学家们还使用了一种开创性的延迟荧光成像方法来筛选具有不同昼夜节律时钟的植物。他们显示，最早的上升管和最新的阶段性电厂的时钟相差超过10小时，类似于运行相反的轮班模式的电厂。地理和植物的遗传祖先似乎都有影响。

“拟南芥是一个模式植物系统，”里斯博士说它是第一个对其基因组进行测序的植物，并且在生物钟生物学中得到了广泛的研究，但是这是第一次有人进行这种类型的关联研究，以找到与不同生物钟类型有关的基因。 “我们的发现突出了一些有趣的基因，这些基因可能为作物育种者提供目标，并为未来的研究提供了平台。我们的延迟荧光成像系统可用于任何绿色的光合材料，使其适用于多种植物。下一步将把这些发现应用到主要农作物上，包括芸苔属和小麦。”

More information: Hannah Rees et al, Naturally occurring circadian rhythm variation associated with clock gene loci in Swedish Arabidopsis accessions, Plant, Cell & Environment (2020). DOI: 10.1111/pce.13941

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