植物，面對在幾個小時到幾個月的時間尺度上波動的溫度，需不斷加以解釋以使它們的生長發育與季節相適應。
人們對植物如何對溫度做出反應有很多了解，但是讓植物測量溫度信號的機制還不太清楚。
在這項發表在《Nature》雜志上的研究中，分別來自約翰因斯中心Dame Caroline Dean教授和Martin Howard教授小組的研究人員Yusheng Zhao和Rea Antoniou Kouronioti解釋了緩慢生長被用作感知溫度長期變化的信號。
“我們發現了一種新的溫度傳感機制，它能長期記憶寒冷，整合過多波動的溫度來測量寒冷的持續時間。這是一種新型的溫度傳感物理機制，可以指導該領域的進一步研究。”
通過一個前瞻性的基因篩查，他們發現了一種功能失調的反應：在溫暖的溫度下表達很高水平的VIN3
蛋白質。之前大家了解到，這種蛋白質在寒冷時期被上調，并與允許植物記憶寒冷的表觀遺傳分子記憶系統相互作用。
趙博士發現，這些植物中有兩種突變的NTL8轉錄因子，即使沒有寒冷也能激活VIN3。
為了了解NTL8的作用，他們用熒光蛋白（GFP）標記了NTL8，并在生物成像平臺的幫助下，研究了這種蛋白與VIN3相比的存在位置。結果表明，突變蛋白在植物體內隨處可見，野生型蛋白主要分布于根尖。它還表明，在寒冷的環境中，它會隨著時間的推移而慢慢積累。
利用理論方法進一步探索這個問題，研究小組推斷，了解NTL8蛋白質降解的速度可以幫助我們深入了解NTL8和VIN3的慢動力學是如何運作的。結果發現NTL8蛋白是持久的，正如理論預測的那樣。
數學模型表明，影響NTL8蛋白含量的主要因素是生長依賴性稀釋。如果天氣變暖和，植物生長得更快，并且隨著
細胞的繁殖，NTL8的數量也會稀釋。相比之下，在較低的溫度下，植物生長較慢，NTL8濃度更高，能夠隨著時間積累。這個數學模型可以重現在冷暖條件下觀察到的NTL8蛋白水平。
為了進一步測試這個模型，他們添加了化學物質和激素來改變植物的生長，看看這是否改變了模型預測的NTL8的水平。他們在根部添加了植物生長激素赤霉素（Gibberellin），這能使植物生長更快，而NTL8的含量也比預期的低。當他們添加生長抑制劑時，整個植株的NTL8蛋白水平更高。研究小組在樹根上做了類似的實驗，這些預測也得到了證實。
聯合作者Rea Antoniou-Kourounioti補充道：“我們對我們發現的新溫度機制的簡單到驚訝，它從一個過程（生長）中回收溫度信息，為另一個過程（春化——寒冷加速開花）創造一個全新的溫度傳感機制。我們只需改變暖態和冷態的生長速率，就可以用我們的模型重現實驗觀測中的大部分與溫度有關的變化。”
Martin Howard教授說：“這項研究徹底改變了我們對植物如何感知溫度的理解，尤其是如何整合長期環境波動的情況。”。
“這項研究表明，當實驗方法與計算模型相結合時，會產生奇妙的協同效應，”Caroline Dean說。“我們不可能通過單獨做這兩件事來搞清楚這一機制。
這項發現將有助于了解植物和其他生物如何感知長期波動的環境信號，并可應用于作物。
原創作者：上海遠慕生物科技有限公司
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