第一次霜冻是最深的——新发现可能有助于我们在多变的气候中种植农作物
拟南芥上的霜冻——新发现可能有助于我们在多变的气候中种植农作物。来源：约翰英尼斯中心
秋天的初霜对园丁来说可能是严峻的，但最新的证据表明，这是植物生命中的一个深刻事件。
这一发现可能会影响我们在多变的气候中种植农作物的方式，并帮助我们更好地了解动物和人类的分子机制。
我们对植物如何在分子水平上记录温度的大部分理解都是从春化研究中获得的——春化作用是暴露在长时间的寒冷环境中，为春季开花做准备。
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一项新的研究描述了康奈尔大学研究人员的跨学科团队如何使用最先进的显微镜技术来揭示 CRISPR-Cas 系统的蛋白质结构和关键步骤，该系统有望开发出改进的基因编辑工具。
使用模式植物拟南芥的实验表明，这种长时间的寒冷如何解除开花的刹车，这是一种称为 FLC 的基因。这种生化制动还涉及另一个与 FLC 反义的分子 COOLAIR。这意味着它位于 FLC 的另一条DNA链上，它可以与 FLC 结合并影响其活性。
但对于自然温度变化如何影响这一过程知之甚少。COOLAIR 如何促进 FLC 在自然界中的关闭？
为了找出答案，约翰英内斯中心的研究人员使用了在不同气候条件下生长的天然拟南芥类型。
他们测量了在三个不同冬季条件下的不同野外地点打开了多少 COOLAIR，一个在英国诺里奇，一个在瑞典南部，一个在瑞典北部的亚北极地区。
COOLAIR 水平在不同种质和不同地点之间有所不同。然而，研究人员发现了所有植物的共同点——温度第一次降至冰点以下时，COOLAIR 出现了一个峰值。
为了证实冷冻后 COOLAIR 的这种提升，他们在温控室中进行了实验，模拟了自然条件下的温度变化。
他们发现 COOLAIR 表达水平在冷冻后一小时内上升，并在大约八小时后达到峰值。冷冻后 FLC 水平也有小幅下降，这反映了两个关键分子成分之间的关系。
接下来，他们发现了一种突变拟南芥，即使在不冷的情况下，它也始终产生较高水平的 COOLAIR，并且 FLC 水平较低。当他们编辑基因以关闭 COOLAIR 时，他们发现 FLC 不再被抑制，为这种优雅的分子机制提供了进一步的证据。
该研究的共同第一作者赵玉生博士说：“我们的研究显示了自然田间条件下植物温度传感的一个新方面。第一次季节性霜冻是秋季冬季到来的重要指标。COOLAIR 的初始冷冻依赖性诱导似乎是拟南芥中的一个进化保守特征，有助于解释植物如何感知环境信号以开始沉默主要的花卉抑制因子 FLC 以使开花与春季对齐。”
该研究深入了解了植物如何感知温度的分子过程中的可塑性，这可能有助于植物适应不同的气候。
该研究的通讯作者、Dame Caroline Dean 教授解释说：“从工厂的角度来看，它为您提供了一种关闭 FLC 的可调方式。任何反义调制都会关闭感觉，从进化的角度来看，这取决于这发生的效率或速度，以及它发生在多少细胞中，然后你就有办法在细胞之间上下刹车。”
这些发现将有助于了解植物和其他生物如何感知波动的环境信号，并可以转化为在气候变化时期改善作物。
这一发现也可能与许多生物体中基因表达的环境调节广泛相关，因为反义转录已被证明可以改变酵母和人类细胞中的转录。