纽约大学的科学家们发现了一种新见解，即种子在对环境信号做出反应时，如何利用基因网络来控制其发芽。种子萌发时间对野生植物的生存至关重要，对于需要确保均匀生长的商业化种子生产也很重要。寒冷的环境可能预示着即将到来的冬天，因此植物的母体会产生休眠种子，直到来年春天才会生长。温暖的环境可能预示着初夏的到来，母体植物的种子会立即生长，让下一代在冬天之前生长。约克大学生物学系新农产品中心(CNAP)的研究人员发现，一种名为“刮刀”的调控基因可以控制其他5种调控基因表达，这些基因在种子萌发时会产生影响。这项研究由生物技术和生物科学研究委员会(BBSRC)和加菲尔德韦斯顿基金会(Garfield Weston Foundation)资助，发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of The National Academy of Sciences)上。
博科园-科学科普：由伊恩?格雷厄姆(Ian Graham)教授领导的CNAP研究小组利用一种名为拟南芥(Arabidopsis)的油籽植物模型，对基因网络如何运作获得了新见解。发现当调节基因网络受到干扰时，不同品种的拟南芥反应不同。一些物种变得更加休眠，而另一些则较少反映在世界不同地区进化出不同种类的环境反应。植物在很多方面都很聪明，控制种子萌发的基因工具箱的复杂性相当显著。在设置种子时，植物能够对各种环境信号作出反应，从温度到日长、光照质量和养分有效性。这样的发现将为农民培育出质量更好的种子奠定基础，由于种子休眠是驯化作物时首先要处理的特性之一，因此这项工作还应有助于野生物种快速驯化，使其成为具有多种不同用途的新作物。根据纽约大学的一项新研究，MFT基因可以阻止种子在黑暗或阴凉的环境下发芽，因为在黑暗或阴凉的环境下，种子的存活几率很低。
本研究以拟南芥为研究对象，拟南芥是油菜的近亲，对油菜生命周期中最重要的阶段之一有了深入的了解，有助于提高未来农作物种子质量。一段时间以来，科学家们已经知道两种植物激素在调节种子萌发——脱落酸(ABA)或ABA阻碍萌发，而“赤霉素”(Gibberelins)或GA促进种子萌发方面起着重要作用。然而在对这些激素在光质量下控制萌发的机制的理解上取得了突破，研究人员发现MFT是整合和解释来自ABA和GA的信号的关键组成部分。MFT基因受光质调控，同时接收ABA和GA的信号。在黑暗或阴暗的环境中，它会引导MFT蛋白的产生，MFT蛋白通过激活阻止生长的基因块和关闭另一个促进生长的基因块来调控萌发。这可以防止植物在错误的条件下萌发，例如当没有足够的光线来生长时。来自约克大学生物学系新农产品中心的通讯作者伊恩·格雷厄姆教授说：这是植物进化出非常复杂的分子机制来适应环境的又一个很好例子。
拟南芥，图片：Wikipedia
这使得种子可以在土壤中存活多年，这样当时机合适时，例如当树木在森林中倒下或土壤翻动时，种子就会突然发芽。对于许多植物物种来说，如果种子位于阳光直射的地方，位于其他植物的树冠下，而这些植物只允许某种质量的光通过或在黑暗中穿行，那么种子感知光质量能力就能告诉它，这通常是当种子被埋在土壤中时的情况。在野生植物物种中，种子即使在允许它们发芽的条件下也能保持休眠状态，这对生存很重要。对于作物物种来说，消除这种休眠是植物育种计划中首先要处理的特性之一。研究的主要作者，来自约克大学生物系Fabian Vaistij博士说：了解种子萌发的分子遗传学基础将为提高种子质量和培育未来新作物提供新工具。tfl1和ft - tfl1的母体通过调节拟南芥中植物激素反应来抑制种子在远红光下的萌发，该研究发表在《美国国家科学院院刊》上。
博科园-科学科普｜参考期刊文献 :《美国国家科学院院刊》｜研究/来自：约克大学，DOI：doi.org/10.1073/pnas.1301647110，DOI: 10.1073/pnas.1806460115
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