生长缓慢是长期冷感的关键

植物必须解释从几小时到几个月不等的时间范围内的温度波动，以使其生长和发育适应季节。

关于植物如何对温度作出反应的信息很多，但是人们对它们测量温度信号的机制了解得很少。

在这项发表在《自然》杂志上的研究中，约翰·英内斯中心的卡洛琳·迪恩教授和马丁·霍华德教授的研究人员赵宇生和Rea Antoniou-Kourounioti研究人员表明，缓慢的生长被用作感知温度长期变化的信号。

“我们发现了一种新型的温度感测机制，可以长期保存寒冷，并结合波动的温度来测量寒冷持续时间。这是一种新型的温度感测物理机制，可以指导这一领域的进一步研究， ”第一作者赵玉生博士解释道。

使用向前的遗传筛选(观察具有特定性状的植物的遗传)，他们发现功能障碍。这些植物在温暖的温度下显示出高水平的称为VIN3的蛋白质。众所周知，这种蛋白质在寒冷时期会被上调，并与表观遗传分子记忆系统相互作用，使植物能够记住寒冷。

赵玉生博士发现这些植物具有两个版本的突变NTL8中的一种，后者是即使不感冒也能激活VIN3的转录因子或调节蛋白。

为了了解NTL8的作用，他们用荧光蛋白(GFP)对其进行了标记，并在约翰·英因斯中心(John Innes Center)的Bioimaging平台的帮助下进行了研究，以显示该蛋白与VIN3相比存在的位置。这表明该突变型在植物中随处可见，并且野生型蛋白主要在根的生长尖端观察到。它也表明它在寒冷中会随着时间缓慢积累。

研究小组使用一种理论方法进一步探讨了该问题，认为理解NTL8蛋白的降解速度可能可以洞悉NTL8和VIN3的缓慢动力学如何运作。他们发现，如理论所预测的，NTL8蛋白是持久的。

数学模型表明，决定NTL8蛋白含量的主要因素是生长依赖性稀释。如果天气变暖，植物生长会更快，并且随着细胞的繁殖，NTL8的含量会被稀释。相反，在较低温度下，植物生长较慢，NTL8浓度更高，能够随时间累积。该数学模型可以重现在冷热天气中观察到的NTL8蛋白水平的观察结果。

为了进一步测试该模型，他们添加了化学物质和激素来改变植物的生长，以查看这是否改变了模型所预测的NTL8的水平。他们在根部添加了植物生长激素赤霉素，这使植物生长更快，而NTL8含量却低于预期。当他们添加生长抑制剂时，整个植物中的NTL8蛋白水平更高。该团队对根进行了类似的实验，这些预测也得到了证实。

第一作者Rea Antoniou-Kourounioti博士补充说：“我们对发现的新温度机制的简单性感到惊讶，该机制从一个过程[增长]中回收温度信息，为另一个[春化- [通过寒冷加速花朵的生长]。我们可以通过仅通过在温暖和寒冷之间改变生长速度，用我们的模型重现大多数与温度相关的变化。”

马丁·霍华德教授说：“这项研究彻底改变了我们对植物如何感测温度的理解，尤其是如何整合不断变化的长期环境条件。”

Caroline Dean说：“当实验方法与计算模型相结合时，这项研究表明了惊人的协同作用。我们永远不会通过单独进行研究来弄清楚这种机制。”

这些发现将有助于理解植物以及其他生物如何感知长期波动的环境信号，并将其应用于农作物。

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