上海科學家成功調(diào)控十字花科植物“壽命”，多年生與一年生自由轉(zhuǎn)換
一年生植物在一年內(nèi)完成整個生活史，即從受精、種子萌發(fā)、開花、結(jié)果直至死亡。而多次開花多年生植物在開花結(jié)果后并不會死亡，還會繼續(xù)產(chǎn)生葉片，在來年繼續(xù)開花結(jié)果，并如此循環(huán)往復(fù)。相較于高等動物，多年生高等植物擁有著不可思議的壽命極限。世界上最長壽的歐洲云杉已經(jīng)9500歲；北非加納利群島上的龍血樹也有8000歲；加利福尼亞州的狐尾松壽命能達到4700歲……它們“蒼老”到連年輪都無法注釋，只有通過碳14方法才能測算出高壽幾何，但它們又依然“年輕”，依舊在每一個春天里綻放新綠。
一般認為，多年生植物更為古老，一年生植物是由多年生祖先演化而來。然而，多年生高等植物的基因組中有著數(shù)以萬計的基因和數(shù)以億計的堿基對，要找到?jīng)Q定多年生的關(guān)鍵基因猶如大海撈針。至今全世界還沒有一個多年生基因被克隆，相關(guān)的演化路徑仍不清楚。
2024年5月28日，國際學術(shù)期刊《細胞》Cell在線發(fā)表了中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心王佳偉研究組題為“Reciprocal conversion between annual and polycarpic perennial flowering behavior in the Brassicaceae（十字花科植物一年生與多年生的自由轉(zhuǎn)換）”的研究論文。本文的研究策略是以具有豐富生活史（一年生、二年生和多年生）策略變異的植物屬種為模式，通過構(gòu)建跨物種遺傳群體和正向遺傳學手段定位決定多年生和植物生活史策略演化的關(guān)鍵基因。
研究員正在觀察擬南芥實驗情況
十字花科植物包括多種重要蔬菜和油料作物，模式植物擬南芥也屬于該科。王佳偉研究團隊通過對中國植物志的深入調(diào)研以及全世界范圍內(nèi)植物的收集，于十字花科須彌芥屬和糖芥屬中分別選取了一對可雜交的一年生/多年生植物組合。研究結(jié)果顯示，擬南芥等一年生植物具備成為多次結(jié)實多年生植物的先決條件。多年生FLC類MADS-box基因可能是十字花科植物多年生生活習性建立的充要條件。
該項研究在國際上首次實現(xiàn)了十字花科植物多年生與一年生的自由轉(zhuǎn)換，為未來精準設(shè)計、定向培育適應(yīng)特定氣候地理環(huán)境的多年生油菜作物品種奠定了理論基礎(chǔ)。此外，由于多年生作物具有發(fā)達的根系，能保證高的水肥利用，減少土壤流失，并將大氣中的碳固定在土層中，因此設(shè)計多年生十字花科植物也將有利于我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和雙碳目標的實現(xiàn)。
一年生植物（annual）在開花后全株枯萎死亡，沒有分生組織（meristem）保留；多次開花多年生植物（polycarpic perennial）在開花后可以回復(fù)營養(yǎng)生長，以此保留部分分生組織，支撐多年生長。研究發(fā)現(xiàn)，同時敲除3個FLC類MADS-box基因可以導(dǎo)致十字花科多年生植物向一年生的轉(zhuǎn)換，而在一年生植物中表達一個多年生類型的FLC基因就可以讓一年生植物變?yōu)槎嗄晟?/span>
（總臺記者 竇筠韻）
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