母株告诉种子何时发芽

亲代传递近期温度的“记忆”,为种子迎接即将到来的春季天气做好准备

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母亲最了解——即使“母亲”是一株植物。一项新的研究表明,一种常见的开花植物——拟南芥(Arabidopsis),会将其近期温度的“记忆”传递给种子,以便为迎接即将到来的春季天气条件做好准备。

在英国诺里奇的作物遗传学家进行的一项实验中,暴露在较暖温度下的拟南芥植株产生的种子比暴露在较冷温度下的植株发芽更快——即使较暖的温度发生在亲代植物结出种子前几周。约翰·英纳斯中心(John Innes Center)、约克大学(University of York)和埃克塞特大学(University of Exeter)等独立植物研究机构的研究人员将这种差异追溯到一种参与开花的蛋白质。在寒冷的天气中,蛋白质水平促使母株在其果实中产生更多的单宁。单宁是一种使种皮变硬的化合物,因此较高的单宁含量会使种皮更难被幼苗突破,从而延迟发芽。“母亲决定种皮有多难挣脱,这样她就能控制种子做什么,”约翰·英纳斯中心的遗传学家、该研究的共同作者史蒂文·彭菲尔德(Steven Penfield)说。该研究发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences USA)上。在温暖的天气中,亲代植株会调整蛋白质水平,以确保其后代立即发芽,从而利用热量。

彭菲尔德指出,这项发现引起了科学家和农业公司的兴趣。随着气候变化改变了许多植物物种的发芽时间,他的团队的研究表明,修改参与季节感知的基因可能会改变种子发芽的时间,而无需考虑外部天气。


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诱导植物放弃对其种子发芽时间的控制可能是在确保食物持续生长方面迈出的关键一步,加州大学戴维斯分校的农业研究员肯特·布拉德福德(Kent Bradford)说,他渴望了解莴苣是否也有类似的调节发芽过程。“我们正试图让这些种群适应我们预计在 10 年或 20 年后将要出现的环境。”

莎拉·莱温·弗雷泽(Sarah Lewin Frasier)大众科学的高级新闻编辑。她计划、安排和编辑月刊杂志的“进展”版块,并编辑在线新闻。在 2019 年加入大众科学之前,她曾在 Space.com 担任副编辑,记录了人类探索星空的旅程。(更早之前,她曾在大众科学担任印刷实习生。)弗雷泽拥有布朗大学的数学学士学位和纽约大学科学、健康与环境报道项目的文学硕士学位。她喜欢音乐剧和数学折纸。

更多作者文章:莎拉·莱温·弗雷泽
大众科学杂志 第312卷 第5期本文最初以“萌发的文化”为标题发表于大众科学杂志 第312卷 第5期(),第26页
doi:10.1038/scientificamerican0515-26
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