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晝夜節律不同-植物可以是百靈鳥或夜貓子

2021/04/07 @國際

摘要

根據最近發表在國際期刊《 Plant, Cell and Environment》上的研究發現,植物體內生物時鐘(circadian rhythm)的變化與人類體內生物時鐘的變化相同。研究表明,植物DNA序列中的單個鹼基變化就可以潛在地決定植物是早起的百靈鳥型還是晚起的夜貓子型。這個研究發現將來可應用於農民選擇種植最適合其所在地的植物型,有助於提高產量甚至可抵禦氣候變化。

示意圖

晝夜節律不同-植物可以是百靈鳥或夜貓子

  生物時鐘是控制生物生理活動晝夜節律的分子節拍器。在植物中,由它來調節廣泛的生理機能,如:天亮時啟動光合作用、在特定的時間開花等現象。其節奏模式可能會因地理位置、緯度、氣候和季節而有所不同,植物生物時鐘必須適應當地的情況。
  英國生物科學研究機構厄爾勒姆研究所(Earlham Institute)和John Innes Center合作,希望能夠深入了解植物生物時鐘的運作,以培育出更具環境適應力的作物來面對氣候變化的威脅。厄爾勒姆研究所的Hannah Rees博士表示:「植物的整體健康狀況深受植物生物時鐘是否與每日日照時間長短和季節同步化的影響。準確的生物時鐘有助於植物在同類中競爭,並幫助植物在抵抗掠食者和病原菌方面獲得優勢」。
  研究團隊在瑞典收集了191種模式植物-阿拉伯芥(Arabidopsis),利用延遲螢光成像分析法(Delayed Fluorescence imaging assay)進行篩選,以期找出與植物生物時鐘相關的基因。研究團隊發現COR28(cold-regulated gene 28)基因在第58號胺基酸上的不同,對於週期的長度有很大的影響,他們經由實驗證明了COR28-58S SNP在增加週期長度方面的作用。這個基因管理植物的花期、抗凍能力和生物時鐘,可影響植物開花的時間和花期的長短。因為瑞典氣候環境具有多樣性的特點,植物需要調節自身的節律以適應各地的環境。Hannah Rees博士表示:「這太不可思議了,只是特定基因COR28的單個DNA鹼基變化,即可影響植物生物時鐘的快慢」。
  研究團隊還利用延遲螢光成像分析方法來分析不同生物時鐘的植物,發現「醒」得最早和最晚的植物品種之間,差別竟可達到10個小時,就像我們上「早班」和「晚班」的差別。植物的地理環境和遺傳背景似乎都具有影響。
  Hannah Rees博士表示:「我們發現一些有趣的基因,可供農作物育種者參考研究,且延遲螢光成像分析系統可適用於多種植物,之後將把這些發現應用於主要的農作物,包括蕓苔屬作物(十字花科下的屬)和小麥上」。這些研究成果將有助於農民挑選不同類型生物時鐘的植物,最適合當地的環境,幫助提高產量,和抵禦氣候的變化。【延伸閱讀】科學家找出植物關鍵記憶機制

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