生物節(jié)律在自然界中無(wú)處不在，從心臟的跳動(dòng)到開(kāi)花植物的節(jié)律。在某些情況下，這種節(jié)律性由細(xì)胞蛋白質(zhì)活動(dòng)的振蕩決定，這標(biāo)志著它們控制的過(guò)程的節(jié)奏。兩個(gè)主要的蜂窩振蕩器是所謂的生物鐘和細(xì)胞周期。生物鐘負(fù)責(zé)產(chǎn)生與晝夜循環(huán)及其相關(guān)的光和溫度變化協(xié)調(diào)的生物過(guò)程的振蕩。反過(guò)來(lái)，細(xì)胞周期負(fù)責(zé)細(xì)胞的分裂和生長(zhǎng)。如果細(xì)胞周期不能正常工作，對(duì)生物體的影響是非常顯著的。最著名的是癌癥的發(fā)展。因此，必須非常嚴(yán)格地調(diào)節(jié)細(xì)胞周期以避免可能的故障。

現(xiàn)在，由CSIC研究員Paloma Mas領(lǐng)導(dǎo)的農(nóng)業(yè)基因組學(xué)研究中心(CRAG)的一個(gè)研究小組已經(jīng)證明，在植物中，生物鐘可以控制細(xì)胞周期的速度，從而調(diào)節(jié)細(xì)胞分裂和生長(zhǎng)。與晝夜循環(huán)同步。“我們已經(jīng)證明生物鐘緊密相連，并確定了植物細(xì)胞周期的時(shí)間，”該研究的首席研究員Paloma Mas解釋道。

增加的TOC1蛋白減慢了生物鐘和細(xì)胞分裂

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)于本周發(fā)表在“發(fā)育細(xì)胞”雜志上，是使用模式植物擬南芥(Arabidopsis thaliana)制作的。CRAG團(tuán)隊(duì)使用經(jīng)過(guò)修飾的植物，其中生物鐘由于TOC1的增加和不斷積累而減慢，TOC1是植物生物鐘的重要組成部分。他們的研究表明這些植物和它們的葉子比正常小。“當(dāng)我們計(jì)算過(guò)量表達(dá)TOC1的植物葉片中的細(xì)胞數(shù)量時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞數(shù)量減少，這表明通過(guò)修改生物鐘，我們也在改變細(xì)胞分裂的速度”，Jorge Fung解釋說(shuō)， - 博士生和第一作者。

此外，CRAG研究小組通過(guò)減少TOC1的數(shù)量來(lái)觀察相反的效果：“當(dāng)TOC1較少時(shí)，不僅生物鐘更快，而且細(xì)胞周期也加快，”Paloma Mas說(shuō)。因此，作者表明生物鐘設(shè)定了細(xì)胞周期的速度。

TOC1抑制必需的細(xì)胞周期基因

為了揭示生物鐘如何控制細(xì)胞周期，研究人員分析了過(guò)量表達(dá)TOC1的植物葉片中每個(gè)細(xì)胞周期階段的持續(xù)時(shí)間，并將其與對(duì)照植物進(jìn)行比較。他們發(fā)現(xiàn)具有較長(zhǎng)晝夜周期的植物在細(xì)胞周期的G1期花費(fèi)了更多的時(shí)間。“過(guò)度施用TOC1的植物細(xì)胞在G1期保持較長(zhǎng)時(shí)間，未能在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間進(jìn)入S期”，Jorge Fung說(shuō)。

通過(guò)分析擬南芥葉片中細(xì)胞周期基因的表達(dá)，研究人員發(fā)現(xiàn)其中一些基因在TOC1高積累的植物中具有改變的振蕩。特別是，非常明顯的是，由于TOC1活性增加，CDC6基因的晝夜峰值完全喪失。“CDC6是細(xì)胞周期中的關(guān)鍵蛋白質(zhì)，特別是在DNA復(fù)制期間，它發(fā)生在S期，”Paloma Mas說(shuō)。

進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明TOC1與CDC6基因的啟動(dòng)子結(jié)合以抑制其表達(dá)。“這些結(jié)果表明，生物鐘調(diào)節(jié)細(xì)胞周期的分子機(jī)制取決于TOC1對(duì)CDC6的抑制作用，”Paloma Mas解釋說(shuō)。“這是植物的新發(fā)現(xiàn)，”她補(bǔ)充道。

生物鐘功能的變化影響腫瘤的發(fā)展

最后，研究人員假設(shè)，如果生物鐘控制細(xì)胞周期的時(shí)間，它也可能控制腫瘤的發(fā)展，這種情況發(fā)生在細(xì)胞不受控制地增殖時(shí)。為了驗(yàn)證這一想法，CRAG團(tuán)隊(duì)用一種誘導(dǎo)腫瘤形成的細(xì)菌感染了擬南芥植物，并發(fā)現(xiàn)與正常植物相比，過(guò)量表達(dá)TOC1的植物的腫瘤生長(zhǎng)延遲。因此，在具有慢時(shí)鐘的植物中腫瘤生長(zhǎng)較慢。

很明顯，關(guān)于控制植物生長(zhǎng)和生產(chǎn)力的方法的知識(shí)具有重要的農(nóng)藝學(xué)意義。此外，這一發(fā)現(xiàn)開(kāi)辟了重點(diǎn)是找出減緩生理機(jī)制未來(lái)研究的可能性時(shí)鐘作為可能的治療手段延緩腫瘤的發(fā)展在人類(lèi)。