冷凝线索解释了植物如何感知秋季温度的变化

随着秋季天气变凉，您可能会注意到冷凝过程，窗户上会形成水滴。研究人员发现，一种类似的过程——生物物理凝结——正在植物内部发生，并使它们能够感知温度的波动。

感知季节变化的能力对于植物在一年中的正确时间生长和繁殖至关重要。

该研究的第一作者潘朱博士说：“我们的发现有助于了解植物如何感知波动的温度信号——预计随着气候变化，温度波动会变得更加极端。”

一种基因对于植物如何记住季节变化特别重要：开花轨迹 C (FLC)。它充当开花的制动器，在春天解除，因此植物已准备好开花。

尽管 FLC 如何在表观遗传学上关闭并在整个冬季为春季保持关闭，但人们对 FLC DNA 停止被细胞使用时称为“转录关闭”的初始过程知之甚少。

现在，研究人员已经发现在寒冷的温度下，一种已知的 FLC 激活剂的蛋白质如何在植物细胞核内形成液体气泡，称为冷凝物。这种蛋白质被称为 FRIGIDA。通过在低温下形成冷凝物，FRIGIDA 不会激活 FLC。

当温度升高时，FRIGIDA 蛋白可以自由地移动回 FLC DNA 并确保开花的制动仍然存在。如果秋季天气温暖，这会阻止植物过早开花。

约翰·英尼斯中心的卡罗琳·迪恩教授小组的研究人员使用模式植物拟南芥发现了生物物理机制。

这项发表在《自然》杂志上的研究为植物如何感知温度波动提供了新的见解，而这一知识对于面对气候变化的作物改良很重要。

这种新发现的生物凝聚在调节植物遗传方面的作用表明，该过程可以以其他方式用于植物，使它们能够对环境中的其他变化做出反应。

Dean 教授解释说：“涉及转录调节因子和非编码 RNA 相互作用的动态分子分配可能通常与植物非生物相互作用相关，因此也与作物生产力相关。”

重点实验和发现

研究小组发现高水平的 FRIGIDA 在寒冷中积累。在使用显微镜仔细观察时，他们发现它在植物细胞的细胞核中积聚，DNA 就在那里，并形成生物分子凝聚物。生物分子凝聚物是浓缩蛋白质的微米级隔室。

进一步的生化和可视化技术，包括使用延时温度控制显微镜，发现蛋白质冷凝物在温暖的温度下五小时内消失，但在六小时的寒冷后恢复。实验表明 FRIGIDA 的缩合如何导致 FLC 的转录关闭。

该研究还揭示了 FRIGIDA 凝聚物如何适应更广泛的 FLC 调节，正如朱博士解释的那样，“另一个有趣的发现是长非编码 RNA COOLAIR 的特定同种型，来自 FLC 基因座的反义转录物，有助于冷诱导FRIGIDA 核凝聚物的形成。这揭示了 COOLAIR 介导的 FLC 关闭如何在早期春化过程中发生的一种机制。”