對于被子植物或開花植物而言，每年面臨的最重要的決定之一就是何時(shí)開花。這不是一件輕而易舉的事。為了開花，它們必須停止?fàn)I養(yǎng)生長，并致力于制造那些能夠帶來下一代的能量昂貴的繁殖結(jié)構(gòu)。

在細(xì)胞水平上了解這一過程對于了解植物如何分配資源和生產(chǎn)我們最關(guān)心的成分至關(guān)重要 - 包括對人類和動(dòng)物都非常重要的谷物，塊莖，葉子，堅(jiān)果和水果。

在9月24日在該雜志發(fā)表的一篇論文自然植物，一個(gè)國際研究小組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，基因FT-初級(jí)的過渡司機(jī)在植物開花每個(gè)彈簧做了意想不到的擬南芥擬南芥在自然環(huán)境中生長的植物，對實(shí)驗(yàn)室常用的人工生長條件科學(xué)家有影響。由華盛頓大學(xué)生物學(xué)教授Takato Imaizumi領(lǐng)導(dǎo)的研究小組表明，F(xiàn)T每天早上都有活動(dòng)高峰，這是科學(xué)家之前在擬南芥中所見到的。，一種模型植物，廣泛研究，以了解向開花過渡的分子細(xì)節(jié)。FT活動(dòng)的早晨高峰導(dǎo)致植物從營養(yǎng)生長過渡到開花。

“之前關(guān)于擬南芥FT活動(dòng)的研究表明，晚上活動(dòng)高峰，而不是早晨，”該報(bào)的資深作者Imaizumi表示。“我們明確表示早晨活動(dòng)達(dá)到頂峰 - 我們認(rèn)為我們知道為什么此前的高峰期以前沒有在研究實(shí)驗(yàn)室看到過。”

在熒光燈下室內(nèi)生長的擬南芥植物上進(jìn)行了先前的研究，該研究僅觀察到FT基因活性的晚峰。今泉和他的團(tuán)隊(duì) - 包括瑞士，蘇格蘭，韓國和日本的研究人員 - 在陽光下將植物種植在外面。

Imaizumi想做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)樵谒麑?shí)驗(yàn)室所在的西雅圖夏至的條件類似于擬南芥的標(biāo)準(zhǔn)化，人工“長日”生長條件：16小時(shí)光照和8小時(shí)黑暗。

“我一直想在與實(shí)驗(yàn)室相似的條件下在戶外種植植物，以確保我們在擬南芥實(shí)驗(yàn)室中看到的真正發(fā)生在自然界正在發(fā)生的事情，”今泉說。

他的團(tuán)隊(duì)成長為非轉(zhuǎn)基因擬南芥連續(xù)五個(gè)夏天在戶外種植植物，并將它們與在人工長日照條件下在室內(nèi)種植的植物進(jìn)行比較。室外植物比室內(nèi)植物產(chǎn)生更少的葉子，表明室外植物開花得更早。室外和室內(nèi)植物都顯示出FT基因活動(dòng)的晚峰，但室外種植的植物也顯示出FT活動(dòng)的早晨高峰。他們的結(jié)論是，室內(nèi)的人工生長條件錯(cuò)過了自然條件的關(guān)鍵性質(zhì)，摒棄了FT基因的表達(dá)及其所控制的特性。當(dāng)活躍時(shí)，F(xiàn)T基因產(chǎn)生一種蛋白質(zhì)，從葉子傳播到莖尖分生組織 - 芽中干細(xì)胞的生態(tài)位 - 產(chǎn)生地上生長 - 并將分生組織從營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)變?yōu)榛ㄉL。

為了確定室內(nèi)和室外生長條件之間的差異，Imaizumi的團(tuán)隊(duì)專注于光線。擬南芥研究中常用的熒光燈泡不會(huì)發(fā)出與太陽光相同的光波長。例如，熒光燈泡從遠(yuǎn)紅外波長產(chǎn)生較少的光。在室外生長地塊中，紅色波長光與遠(yuǎn)紅色波長的比率約為1比1，但對于熒光燈泡，該比率高于2，這意味著它們比遠(yuǎn)紅色發(fā)出更多的紅光。當(dāng)研究人員在室內(nèi)生長室中添加一個(gè)遠(yuǎn)紅色LED燈以模仿外部光線時(shí)，擬南芥植物隨后顯示出FT基因活動(dòng)的早晨峰值。

此外，通過將室內(nèi)生長室中的溫度每天從大約16攝氏度改變到大約23攝氏度或從61華氏度到大約73華氏度來改變，晚上FT基因活性降低，類似于室外植物。

FT已經(jīng)在其他植物中進(jìn)行了研究，包括一些作物植物，其也顯示FT表達(dá)的早晨峰值。但是，對于確定植物性狀的細(xì)胞和遺傳細(xì)節(jié)所需的受控環(huán)境研究，大多數(shù)商業(yè)上重要的植物太大或生長太慢。這就是為什么擬南芥(一種來自芥菜科的小型，快速生長的雜草)被廣泛用作替代模式生物的原因。

Imaizumi表示，該團(tuán)隊(duì)的調(diào)查結(jié)果是重新審視人工生長條件的機(jī)會(huì)。

“擬南芥已經(jīng)研究了幾十年。研究人員根據(jù)設(shè)備，時(shí)間和資金，盡可能地建立室內(nèi)生長條件，并將這些條件傳遞給他們訓(xùn)練的科學(xué)家，”今泉說。“但我們需要改變這些條件，以便我們在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)現(xiàn)的東西更接近地反映自然。如果我們通過做出這些微小的改變看到開花的變化，我想其他特征也會(huì)改變。”

至關(guān)重要的是，他們的研究結(jié)果為植物研究人員采用更準(zhǔn)確地反映自然生長條件的人工生長條件指明了前進(jìn)的道路。

“我們表明，人工生長條件需要進(jìn)行一些簡單的修改，研究人員正在全球范圍內(nèi)使用，因此實(shí)驗(yàn)室對擬南芥的研究和其他植物準(zhǔn)確地模擬了室外生長條件，”今泉說。“這確保了在實(shí)驗(yàn)室中取得的發(fā)現(xiàn)將更多地與生物過程相比 - 在細(xì)胞和分子水平 -在自然界中感興趣的其他植物中。”