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科學家找出植物關鍵記憶機制

2019/01/11 @國際

科學家找出植物關鍵記憶機制

  植物在面臨環境變化的過程中,演化出許多機制以適應自然界的變化。近日由英國伯明罕大學(Universities of Birmingham)與諾丁漢大學(University of Nottingham)共同的研究發現,陸生開花植物具有一套感知及記憶環境狀態的能力。
  在植物演化的過程中,發展出一套與記憶相關的基因進行調控,以對抗極端的環境狀況與逆境。舉例而言,許多植物會記住一段寒冷的冬日,以確保開花時間是在溫暖的春天而非寒冷的冬天,其中參與調控蛋白群,被稱作PRC2 (polycomb repressive complex 2)。過去的研究已知,在寒冷的情況下,這群蛋白會匯聚形成PRC2複合物,並將植物由營養生長模式轉為繁殖開花模式,待天氣稍微回暖時,植株就能在春天綻放花朵,繁衍後代,而這種經低溫誘導將植物變成繁殖模式的現象,稱作春化作用(vernalization)。最新的研究發現,或許有其他基因與蛋白參與調控。
  在最新的研究中提到,研究團隊發現在阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)的PRC2複合物中有個核心蛋白稱作VRN2 (vernalization 2),研究團隊發現VRN2在較溫暖、氧氣含量充足的環境下會被分解失活;而當面臨淹水、含氧量低等逆境時,VRN2結構會開始穩定且逐漸累積,顯示VRN2與環境含氧量有關。在另一方面,研究也證實VRN2會在低溫逆境的情況下累積,使得PRC2複合物在溫度回暖時便能啟動開花程序,這樣的過程與植物面臨淹水缺氧逆境時的機制極為相似,證實VRN2在春化作用時的重要性。
  春化處理在農業應用上十分重要,許多臺灣重要的作物如龍眼或荔枝等果樹,皆需經一定時間的低溫誘導後方能開花結果。在現今面臨全球氣候變遷與極端氣候下,暖冬常造成花芽分化率偏低,影響果樹結實率。該研究成果提供植物逆境調控基因之基礎研究,或許能應用在品種選育與作物經營管理方面。
  該研究獲得歐洲研究委員會(European Research Council)與英國生物技術暨生物科學研究委員會(Biotechnological and Biological Sciences Research council)的研究經費資助,該研究成果已發表在<Nature Communications>。
 

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