“冬季記憶”告訴植物何時迎春開花
來源：科技日報 時間：01-22 作者：張佳欣
科技日報記者 張佳欣
為什么迎春花和郁金香總能掐準點，在春風拂面時準時綻放？
在很多人的印象里，植物對環(huán)境的反應似乎是被動的：天冷休眠，天暖生長。但事實上，許多植物的行為遠比這復雜得多。它們不僅能感知當下的溫度，甚至還能精準地“記住”已經(jīng)過去的寒冬，當確認嚴冬已過，才會啟動生長程序。
這種神奇的“冬季記憶”，在生物學上被稱為“春化作用”。這個術(shù)語最早由蘇聯(lián)遺傳學家李森科在百年前總結(jié)并命名，意指植物必須經(jīng)歷一段足夠長的持續(xù)低溫，才能獲得開花的能力。但一直以來，記錄寒冷的“記事本”到底藏在細胞里的什么地方，一直是未解之謎。
想要解開這個謎題并不容易。植物感知寒冷的秘密被藏在根部和芽尖的細胞深處，那里細胞層疊，光線射入后會劇烈散射，就像透過厚厚的毛玻璃觀察微觀世界。那些決定花期的關(guān)鍵分子一旦深過幾十微米，傳統(tǒng)的顯微鏡就只能看到一團模糊的“光斑”了。
為了打破這層迷霧，英國約克大學科學家開發(fā)出一套名為SlimVar的“超級相機”。通過精確控制光線的入射角度，并結(jié)合復雜的計算方法，它能夠大幅減少光散射帶來的模糊影響，從而在活體植物中，追蹤深達30微米處單個分子的運動。
利用這臺相機，科學家發(fā)現(xiàn)，這段記憶正藏在兩種關(guān)鍵蛋白質(zhì)里，即VIN3和VRN5。隨著寒流襲來，這些蛋白質(zhì)像“特種兵”一樣在細胞核里緊急集合，包圍了阻止開花的基因FLC。FLC是植物天生的開花“封印”。在漫長的冬季，蛋白質(zhì)團塊將其強行“關(guān)機”，相當于提前撤銷了禁令，并將這段寒冷記憶物理性地封存起來。這樣一來，只待春風吹過，阻礙早已消失的植物便能不再猶豫，準時綻放。
最神奇的是，當環(huán)境重新變暖，這些微小的團塊并沒有隨之散去，而是選擇“原地待命”。科學家認為，它們在細胞核里構(gòu)成了長效的“記憶樞紐”，就像在細胞里蓋了個戳，告訴植物：“別擔心，我們已經(jīng)挺過了寒冬，可以迎接春天了?！?/p>
從分子角度看，這其實是植物在細胞里玩的一場“標記游戲”，也就是表觀遺傳調(diào)控。雖然植物的“遺傳劇本”DNA本身沒有改變，但這些“記憶樞紐”就像是寒冬留下的書簽，封住了那個“阻止開花”的章節(jié)。這讓植物既能穩(wěn)定地遵循季節(jié)節(jié)律，又保留了應對環(huán)境變化的靈活性。
也許在不久的將來，科學家可以通過調(diào)節(jié)這些“記憶樞紐”，幫助農(nóng)作物更好地適應反復無常的氣候，讓大自然的日歷在劇烈變化的環(huán)境中依然保持精準。