在大自然的舞台上，树木的生长就像一场精妙的演出，从春日里嫩芽的萌动，到夏日中枝叶的繁茂，再到秋季叶片的凋零，每个环节都有着精准的时间安排。然而，这场演出背后的 “指挥家” 究竟是谁呢？长期以来，植物生长和物候调控机制一直是科学家们关注的焦点。树木作为陆地生态系统的重要组成部分，其生长和物候的适时调控对于评估陆地生态系统的生产力和碳预算至关重要。但目前，树木生长的季节性时间窗口受哪些因素驱动尚不明确，这严重阻碍了森林生产力和碳预算的评估工作。同时，尽管生物钟在植物生理过程中起着关键作用，可在树木中的作用机制却扑朔迷离。为了揭开这层神秘的面纱，来自瑞典于默奥大学（Ume? University）等多个研究机构的研究人员展开了深入探索。
他们以杨树为研究对象，进行了一系列实验。研究成果发表在《npj Biological Timing and Sleep》杂志上，为我们理解树木生长和物候调控提供了新的视角。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先是基因工程技术，通过农杆菌介导转化，构建了约 68 个针对 26 个与时钟机制相关基因的 RNA 干扰（RNAi）转基因杨树品系。其次是定量逆转录聚合酶链反应（RT-qPCR），用于测定大多数转基因品系的基因表达数据。此外，还进行了生长室实验、表型平台实验和田间实验，在不同环境条件下观测杨树的生长和物候变化。最后，利用广义相加模型（GAMs）和累积阈值模型对实验数据进行统计分析，以探究基因与生长、物候之间的关系。
下面来看具体的研究结果：

1. 初级和次级生长效应：研究人员对比了转基因杨树与野生型杨树（WT^T89）的生长情况。结果发现，光受体相关转基因品系的生长差异显著，如 pAtCCR2::LUC PHYA1-1 和 pAtCCR2::LUC PHYA22-2 生长通常较慢，而 PHYB-12 和 PHYB2KO-6 生长较快。核心时钟相关转基因品系的生长模式因环境而异，如 lhy-10 在生长室中生长较慢，在田间则较快。AtGA₂₀ox1 转基因品系的生长也有差异，其表达受遗传背景影响。
2. 物候变化：在分析转基因品系与 WT^T89在叶绿素含量指数（CCI）、芽形成和芽萌发方面的差异时，发现 pAtCCR2::LUC PHYA22-2 芽形成显著延迟，CCI 值较高；fkf1-11 芽形成提前，CCI 值较低。时钟输出相关转基因品系也有显著物候差异，如 gi-13 芽形成延迟，CCI 值较高。此外，不同 AtGA₂₀ox1 转基因品系的芽形成和芽萌发时间不同，而 CO/FT 调节模块相关转基因品系的物候差异不明显。
   研究结论和讨论部分指出，生物钟相关基因在不同实验水平上对树木生长和物候产生了显著影响。这一发现意义重大，为林业发展提供了新的思路和方向。例如，通过修饰生物钟相关基因，有望培育出更适应新光周期的树木品种。lhy-10 和 toc1-5 在田间生长较快，表明可以通过改变关键日长或生长周期，对树木进行重新编程。EBI1 基因似乎对树木生长至关重要，其转基因品系生长普遍较快。AtGA₂₀ox1 过表达可促进树木生长，且生长周期的缩短对生长的影响较小。此外，研究还发现树木的光周期生长限制可以通过基因修饰进行调整。这些研究结果不仅为树木育种和栽培提供了理论依据，也为可持续林业发展奠定了基础，有助于推动林业生产向更加高效、环保的方向发展。

打赏

下载安捷伦电子书《通过细胞代谢揭示新的药物靶点》探索如何通过代谢分析促进您的药物发现研究

10x Genomics新品Visium HD 开启单细胞分辨率的全转录组空间分析！

欢迎下载Twist《不断变化的CRISPR筛选格局》电子书

单细胞测序入门大讲堂 - 深入了解从第一个单细胞实验设计到数据质控与可视化解析

下载《细胞内蛋白质互作分析方法电子书》