比利時科學家將一年生植物轉換成常年生

Annuals converted into perennials
http://www.physorg.com/news145514195.html

November 10, 2008

來自於比利時 Ghent 大學的 VIB 科學家，成功地將一年生（annual）植物轉換成常年生（perennials）。他們發現，將一年生植物中的二種基因去活性化，可導致某些構造的形成，將植物轉換成常年生。在植物的演化中，這很有可能是一種重要的機制，始於喬木（trees）的形成。

一年生作物在一年內成長、開花與死亡。常年生則能夠過冬，並於來年再度生長。「迅速生長緊接著發芽，接著快速轉變至開花與種子的形成」構成了許多一年生植物的生存策略，因而避免將許多能源浪費在創造永久的構造。它們在冬季之後快速發芽，故它們能較其他植物提早出現，因而排除了競爭食物與光線的需要。這種某略基本上是，儘可能在最短時間內製造最多的種子。

常年生則有更多演化出來的生存策略以便在貧乏的環境中存活。它們構成常年的結構，例如：過冬的芽、球莖或著塊莖。這些構造包含數個群，具有尚未特化，但之後有需要可以轉換成新器官（例如：莖與葉）的細胞。

一年生作物在形成它們的花朵時，將這些未特化細胞全部耗盡。因此，出現開花訊號時代表植物的生命終點。但幸運的是，它們留下了種子，那 -- 在冬天之後 -- 意識到得要萌發的片刻。植物能夠登錄（register）漸長的白晝。隨著較長的白天在春天到來，一種訊號從葉子往生長點送以活化數量有限的、能夠誘發開花的基因。

VIB 研究者，例如在 Tom Beeckman 小組中的 Siegbert Melzer 研究了二種像這樣能誘導開花的基因。他們在阿拉伯芥（thale cress，Arabidopsis thaliana），一種典型的一年生植物，中使這些基因失去活性。VIB 研究發現，這些突變的植物不在能夠誘使開花，但它們能繼續生長或著更晚進入開花期。Melzer 發現，經過修改的作物，並不會用光它們所儲存的非特化細胞，讓它們能夠常年生長。它們因而能夠繼續成長一段很長的時間。

與真正的常年生植物相較，這些（一年生）植物顯現出具有木質形成的續發性生長（secondary growth）創造初如灌木（shrub）般的阿拉伯芥植物。

研究者著迷於草本植物演化成木本構造已有一段很長的時間了。這項研究清楚地證明，在這樣的過程中事實上只有二個基因是必要的。這很有可能發生在所有植物的演化上。此外，這件事獨自發生在多種場合中就不再這麼不可思議了。

※ 相關報導：

＊ VIB - Plant Systems Biology - Tom Beeckman
http://www.vib.be/Research/EN/Research+Departments/Department+of+Plant+Systems+Biology/Tom+Beeckman/

＊ Flowering time genes modulate meristem determinacy and lead to growth form and longevity in Arabidopsis
http://dx.doi.org/10.1038/ng.253

Siegbert Melzer, Frederic Lens, Jerome Gennen,
Steffen Vanneste, Antje Rohde & Tom Beeckman
Nature Genetics, 09 November 2008
doi: 10.1038/ng.253

Plants have evolved annual and perennial life forms as alternative strategies to adapt reproduction and survival to environmental constraints. In isolated situations, such as islands, woody perennials have evolved repeatedly from annual ancestors. Although the molecular basis of the rapid evolution of insular woodiness is unknown, the molecular difference between perennials and annuals might be rather small, and a change between these life strategies might not require major genetic innovations. Developmental regulators can strongly affect evolutionary variation4 and genes involved in meristem transitions are good candidates for a switch in growth habit. We found that the MADS box proteins SUPPRESSOR OF OVEREXPRESSION OF CONSTANS 1 (SOC1) and FRUITFULL (FUL) not only control flowering time, but also affect determinacy of all meristems. In addition, downregulation of both proteins established phenotypes common to the lifestyle of perennial plants, suggesting their involvement in the prevention of secondary growth and longevity in annual life forms.

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