植物如何看见光的阅读答案(植物照什么光)

未解之谜 2023-05-01 10:02www.bnfh.cn世界未解之谜

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北京大学拟南芥幼苗的光形态建成

北京大学关于拟南芥幼苗暗形态的供图

通常，动物用眼睛来感知光线，将光信号转换成电脉冲，并将其发送到大脑，以解释他们看到的东西。植物虽然没有眼睛，但它们可以“看见”光，甚至是人眼看不见的光，感知光的强度和颜色，并对不同的光周期做出反应。

近日，北京大学现代农学院教授邓兴旺在《植物通讯》上发表在线评论文章，系统了近30年来植物光信号调控网络中“明星基因”COP1的研究进展。

“明星基因”COP1

光不仅为植物生长提供能量，而且作为重要的环境信号因子调节植物生长发育的各个阶段。

早在1880年，达尔文父子就利用趋光性最明显的植物幼苗进行了一系列实验，详细记录了植物从0755年到79000年的趋光性。一百多年来，植物学家一直在探索植物的光感受器、光周期反应和信号传递过程。

在光照下，植物的幼苗会发育出适合光合作用的形态特征，张开富含叶绿体的叶片，尽可能缩短下胚轴。这种发育模式就是植物的“光形态发生”。

在黑暗中，尽可能的减少损失。叶黄白色，小，尖端呈钩状。茎又细又长，呈豆芽状。这种开发模式被称为“暗形完成”。

从1989年初夏到1991年底，当邓兴旺还是博士后时，他发现并鉴定了一类植物突变体，即使在黑暗中，它们仍然生长出与光照下相同的形状。，他将其命名为COP1因子。1992年，在耶鲁大学的第一年，他成功克隆了COP1，这是第一个克隆的光形态发生的核心调控因子。

在过去的30年里，COP1参与的光信号调控网络在模式植物拟南芥中得到了广泛而深入的研究。

COP1不是植物特异性的调控因子，具有非常保守的生化功能和序列特征，广泛存在于真核生物(植物、动物、真菌)中本文第一作者、北京大学现代农学院博士生韩雪介绍。

“植物COP1克隆后，对哺乳动物COP1的研究也成为人们关注的热点。与植物不同，哺乳动物的COP1广泛参与癌症发生、糖脂代谢、发育等各个方面，是不折不扣的‘明星基因’。”她说。

规范优良作物的采挖

“我们过去30年的研究大致可以分为两个阶段。2000年以前，我们主要探索COP1是以什么样的蛋白质状态存在的，它在被调控的时候与哪些因子形成复合物。”2000年后，在继续之前研究的，进行了基于COP1生化活性的功能研究。”邓兴旺说。

2000年，邓兴旺等在《植物的运动》发表的一项研究揭示，COP1本身是一种E3泛素连接酶，在动物和植物中具有保守的生化特性，通过降解重要的光正调节蛋白如HY5来调节光形态的发育。

“这是研究中的一个里程碑。我们知道了植物中一种极其重要的光调节蛋白的生化活性，对未来研究它如何被调控有了明确的方向。”邓兴旺说。

幼苗的出现是这一调节过程中的典型现象。根据韩雪的说法，当种子刚刚发芽时，它们处于黑暗之中。此时开始暗形态学构建发育模型，COP1起主导作用。，由于被土壤覆盖，幼苗受到很大的机械压力，会刺激乙烯激素的分泌，使其变黄，顶端产生钩。

即将出土时，土缝中会出现细微的光线。此时COP1因子的活性会减弱，乙烯分泌减少。但挖掘后COP1和乙烯途径的活性很弱，HY5因子起主导作用。

“这个调整过程非常精细，种子清楚地知道什么时候可以穿透土壤。COP1就像一把精确的尺子，随时测量种子离土壤表面有多远。”

知道了这一点，我们就可以根据COP1的活性来进行育种，这样作物的发芽率会更高，出土的作物也会更整齐。“为了提高发芽率，往往会有很多种洞。现在你可以一个洞，可以为以后的修炼省去很多麻烦。”

提供更个性化的选择。

邓兴旺表示，目前对COP1的功能和调控方法有一定的了解，对整个调控框架有一定的把握，但很多深层次的东西还不清楚。

“我们现在已经发现了它在光形式形成中的作用，它也可能在其他生长过程中发挥作用。整个生物体是如何控制一个基因在不同的环境和过程中发挥作用的？机制和细节尚不清楚。随着技术条件的发展，会不断带来新的突破。”他说。

他说，未来希望研究COP1的时空调控关系。“随着时间和光照条件的变化，COP1在植物细胞中的位置和生化活性有什么变化，这种调节的动态过程是怎样的？”

“随着植物光识别和信号传递研究的进展，在育种和种植方面会更加精细化。例如，我们可以通过控制光照持续时间、周期和播种间隔来改善不同作物的品质和性状，以满足消费者更丰富、更个性化的需求。”他说。

中国科学院植物研究所研究员林荣呈告诉《自然》，光信号转导是近40年来植物生物学研究最活跃的领域之一，这在很大程度上得益于COP1基因的发现及其功能和机制的破解。

“第一届缔约方会议的工作堪称经典。它是最先在植物中发现，然后在动物中发现并被证明具有重要功能的少数基因之一。它促进了对蛋白质这一生命科学命运的研究。”林荣说。

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