超乎想象！植物开始一天生活的速度很快

　　

 

   

图像:完整的清晨基因调控网络的图示。调控至少一个下游靶点的基因被染成深蓝色，而其他基因则按时间颜色编码……

形容一件事又慢又无聊，我们就说它“就像看着草生长一样”，但研究植物清晨活动的科学家发现，它们很快就开始了一天的生活——在黎明的几分钟内。

就像日出刺激小鸟的黎明合唱一样，日出也刺激植物的黎明爆发活动。

清晨对植物来说是一个重要的时间。白天光线的到来在协调植物的生长过程中起着至关重要的作用，是维持植物体内生物钟与昼夜周期同步的主要信号。

这种内在的生物钟帮助植物为一天做好准备，比如什么时候充分利用阳光，什么时候为传粉者开放花朵，什么时候释放花粉，以及什么时候准备应对干旱。

基因活动高峰出现在黎明前的一小时内;这些基因中有许多是转录因子的编码，转录因子是一种调节下游基因表达的蛋白质，其作用与光照、应激和生长激素有关，但目前还不清楚这种峰值是如何控制的。

剑桥大学塞恩斯伯里实验室(SLCU)和约克大学(University of York)的研究人员开始调查这种突变活动，以便更好地了解在基因水平上发生了什么。他们从黎明开始每隔两分钟就对拟南芥(Arabidopsis thaliana)进行采样，测量基因活动。

“我们打算更详细地描述‘黎明爆发’动力学，重点关注转录因子基因的表达。我们在黎明后的两小时内发现了三种不同的基因表达波。第一种发生在黎明后16分钟，持续时间只有8分钟。”

“已知这些基因中有许多对光和温度敏感，但我们想找出这些基因的转录是如何协调的。干扰光感受器信号、生物钟和叶绿体来源的光信号确实导致了一些基因表达的问题，但仍有很大比例的基因未受影响。这向我们表明，一些上游途径是多余的，更多的监管机构正在发挥作用。”

该团队将他们的数据与已经发表的转录因子- dna结合数据进行了整合，并在黎明时确定了一个基因调控网络，其核心是两个光信号的关键调控因子——HY5和BBX31。已知这些转录因子共同控制去黄化，这是幼苗从土壤中出来，第一次经历光照，开始变绿和展开叶子时所经历的发育开关。似乎这些基因在黎明时分从暗到光的转变过程中也扮演着重要角色。

“事实上，多个BBX基因与BBX31、HY5及其同源基因HYH一起构成了黎明爆发的一部分，”Balcerowicz博士说。“这些基因包括光反应的正调节因子和负调节因子。我们发现它们在光敏色素和隐花色素光感受器的下游起作用，控制光诱导的黎明爆发基因亚群，其中HY5和BBX31主要起拮抗作用。这一观察结果强化了这样一种观点，即HY5和BBX基因在昼夜循环的背景下协同调节光响应。”

达芙妮·埃泽博士是约克大学计算生物学讲师，也是该研究的资深作者，她通过分析基因网络调查了基因与环境的相互作用。“通过研究基因网络，我们可以解释植物是如何在清晨整合光和温度信号，从而形成昼夜节律钟的。综合来看，我们的研究结果表明，光敏色素和隐花色素信号通路是微调黎明对光线的转录反应所必需的，但在它们缺席的情况下，单独的通路可以强有力地激活大部分程序。”

“描述我们在光线开始时所看到的基因表达峰值，有助于我们理解植物如何对光做出反应，特别是对于在人工光照下生长的作物来说，这种曙光是如何对生长产生长期影响的。”

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