世界上最能長的植物一天數量就翻番 而且可以補充蛋白質?

我們經常能在水面上看到一層「綠膜」,那其實是成千上萬株的蕪萍(Wolffia),浮萍科的一種植物,也是已知生長速度最快的植物。但這種奇怪植物的遺傳因素對科學家們來說一直是個謎。現在,得益於基因組測序技術的進步,研究人員正在了解這種植物的獨特之處,並在此過程中發現了一些有關植物生物學和生長速度的基本原理。

世界上最能長的植物一天數量就翻番 而且可以補充蛋白質?

索爾克研究所的科學家們日前公布了有關蕪萍基因組的新發現,有助於解釋這種植物為何能生長得如此之快。這項研究發表在2021年2月的《基因組研究》(Genome Research)上,能夠幫助科學家了解植物如何在生長與紮根、保護自身免受蟲害影響等其他功能之間進行權衡取捨。這項研究對設計擁有特定功能的全新植物具有啟示作用,比如說如何讓植物更好吸收空氣中的二氧化碳,從而幫助人類應對氣候變化的影響。

「許多科學進步都要感謝那些非常簡單的有機體,比如酵母、細菌和蠕蟲等等,」論文第一作者、索爾克植物分子和細胞生物學實驗室研究教授托德·邁克爾(Todd Michael)說。「我們的想法是,使用像蕪萍這樣的最小植物來理解植物成長的基本原理。」

蕪萍是一種生長在淡水中的植物,遍布除南極洲以外的所有大陸。其看起來像漂浮在水中的綠色種子,每株植物只有針頭大小。蕪萍沒有根,只有一個單一的莖葉結構。其子體會從母體上脫芽,繁殖方式類似於酵母。一些專家認為,蕪萍的數量在不到一天的時間里就能翻番,有望成為養活人類的重要蛋白質來源。在東南亞部分地區,已經有當地人吃這種植物了。

為了弄清楚蕪萍基因組中的哪些因素導致其快速生長,研究人員分別在光照和黑暗交替的周期下培育這些植物,然後對它們進行分析,以確定不同時間段哪些基因最活躍。因為大多數植物生長都受到明暗周期調節,大部分生長發生在早晨。

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邁克爾說:「令人驚訝的是,與其他植物相比,蕪萍只有一半的基因受明暗周期的調節。」「我們認為這就是它增長如此之快的原因,沒有什麼限制蕪萍何時生長。」

研究人員還發現,蕪萍並沒有諸如保護機制或根系生長等其他基因。 「這種植物已經去掉了大部分它不需要的基因,」 邁克爾補充說。「它似乎已經演變成只專注於不受控制的快速增長。」

「關於蕪萍基因組的數據可以為了解植物如何規劃自身結構以及如何生長提供重要信息,」論文合著者約瑟夫·埃克(Joseph Ecker)教授說。「這種植物有望成為一種新的實驗室模型,用於研究植物行為的核心特徵,包括基因如何影響不同的生物活性。」

研究人員的一個重點是學習如何從頭開始培育新的植物,這樣它們就可以根據特定功能進行優化。目前研究擴展了基礎植物生物學知識,並提供了改良作物的潛力。比如讓植物在根部更好地儲存大氣中的碳,就是實驗室「利用植物計劃」首創的方法,從而幫助人類應對氣候變化的威脅。

邁克爾計劃繼續研究蕪萍,通過對這種簡化植物的研究了解更多有關植物生長發育的基因組結構。

來源:cnBeta