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为什么花儿在春天绽放？植物也会有记忆吗？这一研究为农作物花期调控提供了新靶点

花匠小妙招
2024-09-30 15:33

为什么大多数美丽的花儿总是在春天绽放？植物在冬天经历的低温天气有何玄机？植物也会有记忆吗？

10月26日，《自然》杂志在线发表了中科院上海植物逆境生物学研究中心何跃辉研究组的一项研究。该研究揭示了植物胚胎会擦除低温记忆的崭新分子机制，同时也阐述了植物发芽后依然还有胚胎时期的‘擦除记忆’，是开花调控分子与表观遗传机制的重要突破。这不仅具有重要的理论意义，同时也为调控农作物花期的生产应用提供了新的靶点。

负调控打开，就不会开花

花儿姹紫嫣红，于人而言赏心悦目，于植物而言，则是由营养生长进入生殖生长的标志。长期以来，植物通过进化形成了令人叹为观止的精确机制，来调控开花时间。

尽管一个半世纪以前，科学家就发现，某些植物必须经历一段时间的持续低温才能开花（即春化作用），但对其分子机理的研究一直不透彻。这也一直是表观遗传学和发育生物学研究的热点和难点。

控制植物开花的“开关”有两个，一个是正调控，还有一个是负调控。如果负调控打开，就不会开花，只有把负调控关掉，才有可能实现正调控。一些植物在秋天发芽，一入冬长出了幼苗，如果这时候开花了，天气太冷难以授粉，就算授粉成功胚胎也很难正常发育。为了防止幼苗开花，负调控就“闪亮登场”。

去年12月，何跃辉研究组在《自然遗传学》上发表了一项研究。他们发现，模式开花植物拟南芥进入冬季低温后期，负调控就被关掉了。尽管如此，植物已经有了低温记忆，这就相当于在负调控上做了标记，依然不会开花。等到春暖大地，气温回升，日照变长，植物的正调控打开，花儿就适时绽放了。

幼苗的“胎性记忆”

花开一季，当植物的生命进入下一个轮回，其开花时间又是如何调控的呢？何跃辉研究员告诉解放日报·上观新闻记者，他们的最新研究表明，在植物开花后的胚胎发育早期，曾经的低温记忆被擦掉了，因此在胚胎发育时期，负调控再一次被激活打开，使下一代又需经历冬季低温才能在春季开花。

这一“胎性”激活状态会传递到幼苗，这样就形成了苗期的“胎性记忆”，好比成年人的幼时记忆。因负调控在秋季的幼苗中处于激活状态，从而防止植物在过冬前或过冬时开花。

解析植物如何响应冬季低温，并在春季气温上升后能“记住”其冬季低温经历、适时开花的分子机制，具有重要的理论和实际应用价值。该机制的解析与作物栽培季节的选择、跨地域的引种驯化等密切相关。比如，北方一个高产量的农作物品种，需要长时间冬季低温处理，如果把它移植到南方，可能会推迟开花影响产量。现在解析了这一机制，可以通过遗传改良手段把负调控敲除，它就会按时开花了。再比如，在秋天播种冬小麦，经历一个漫长冬天的生育期，其蛋白质含量会比春小麦更高，做成面粉质量也更好。