早晨基因活動的爆發告訴植物什麼時候開花
對於被子植物或開花植物來說，每年最重要的決定之一就是什麼時候開花。這不是一件微不足道的事。為了開花，它們必須停止植物生長，並致力於製造那些能量昂貴的生殖結構，這將帶來下一代。
在細胞層面上了解這一過程對於理解植物如何分配資源和生產我們最關心的成分至關重要——包括穀物、塊莖、樹葉、堅果和水果，它們對人類和動物都意義重大。
在9月24日在《自然》雜誌上發表的一篇論文的植物,一個國際研究小組的研究發現,基因英尺——的主要驅動過渡到每年春天開花植物中,做了一些意想不到的擬南芥植物生長在自然環境中,對人工生長條件與影響科學家在實驗室裡常用的。研究表明，FT每天早晨的活躍度最高，這是科學家們以前在擬南芥中從未見過的，擬南芥是一種被廣泛研究的植物模型，其目的是瞭解植物向開花轉變的分子細節。早春的FT活動高峰使植物從營養生長提前過渡到開花。
先前對擬南芥中FT活性的研究表明，晚間的FT活性達到峰值，而不是早晨，我們明確地展示了早上活動的高峰期——我們認為我們知道為什麼在之前的研究實驗室中沒有發現早上活動高峰。之前的研究只觀察到了FT基因活性的傍晚峰值，是在熒光下室內種植的擬南芥植株上進行的。
今泉之所以想做這個實驗，是因為他的實驗室所在的西雅圖夏至的條件與擬南芥的標準化人工“長日”生長條件相似:光照16小時，黑暗8小時。“我一直想在室外的環境中種植植物，就像在實驗室裡一樣，只是為了確保我們在實驗室裡看到的擬南芥就是自然界中正在發生的事情。”
他的團隊連續5個夏天在室外種植非轉基因擬南芥，並將其與室內人工長日種植的擬南芥進行比較。室外植物的葉子比室內植物少，說明室外植物開花早。室外和室內植物均表現出FT基因活性的晚高峰，而室外植物也表現出FT活性的早高峰。他們得出的結論是，室內人工生長條件錯過了自然條件的關鍵品質，導致了FT基因的表達及其支配的特性。當FT基因活躍時，它會產生一種蛋白質，這種蛋白質從葉子到芽頂分生組織(芽頂分生組織是芽中產生地上生長的幹細胞的小生境)，並將分生組織從植物性生長轉變為花性生長。
為了識別室內和室外生長條件的差異，今泉的研究小組將重點放在了光線上。在擬南芥研究中常用的熒光燈泡發出的光波長與太陽光不同。例如，熒光燈泡產生的遠紅色波長的光更少。在室外生長小區，紅波長與遠紅波長的比值約為1比1，而熒光燈泡的比值高於2，這意味著它們發出的紅光比遠紅更多。當研究人員在室內的生長室內添加一盞遠紅色的LED燈來模擬室外光線時，擬南芥植株隨後顯示了FT基因活性的早晨峰值。此外，通過將室內生長室內的溫度從16攝氏度調整到23攝氏度——或者從61華氏度調整到73華氏度——晚上的FT基因活性降低，與室外植物類似。
FT在其他植物中也得到了研究，包括一些農作物，這些植物也顯示了FT的早晨表達高峰。但大多數具有商業價值的植物都太大或生長太慢，無法進行環境控制研究，而環境控制研究需要確定植物性狀的細胞和遺傳細節。這就是為什麼擬南芥(Arabidopsis)這種來自芥菜科的生長迅速的小型雜草被廣泛用作替代模型生物的原因。依泉說，研究小組的發現是一個機會，可以重新審視人工生長條件。
擬南芥已經被研究了幾十年。研究人員設置了他們最好的室內生長條件，給予設備、時間和資金，並把這些條件傳給他們訓練的科學家。“但我們需要改變這些條件，以便我們在實驗室中發現的東西更能反映自然。”如果我們通過這些微小的改變看到開花的變化，我想其他特徵也會改變。關鍵的是，他們的研究結果為植物研究人員提供了一條途徑，使他們能夠採用更準確地反映自然生長條件的人工生長條件。
Imaizumi說:“我們展示了需要對人工生長環境進行一些簡單的修改，這是研究人員在全球範圍內使用的，這樣一來，實驗室對擬南芥和其他植物的研究就能更精確地模擬戶外生長環境。”“這確保了在實驗室中所取得的發現將更接近於生物學過程——在細胞和分子水平上——在其他自然感興趣的植物中。”
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