研究为什么植物在变暖的世界中提早开花

科学家们揭示了植物用来感知温度的新机制。这一发现可能会带来解决方案，以抵消气候变化导致的植物生长、开花和种子生产的一些有害变化。结果今天发表在《美国国家科学院院刊》上。

气候变化导致全球气温上升，对植物产生不利影响。它们往往比以前更早开花，并匆忙完成繁殖过程，这意味着果实和种子减少，生物量减少。

科学家们现在正在研究植物的生物钟，它决定了它们的生长、新陈代谢和开花时间。生物钟的关键热传感器是EARLYFLOWERING3(ELF3)，这是一种在植物发育中发挥重要作用的蛋白质。它将光和温度等各种环境线索与内部发育信号相结合，以调节开花基因的表达并确定植物何时生长和开花。

来自CEA、ESRF和CNRS的团队已经确定了ELF3在体外和模式植物拟南芥中发挥作用的分子机制。随着温度升高，ELF3会经历一个称为相分离的过程。这意味着两种液相共存，类似于油和水。

“我们相信，当它经历相分离时，它会隔离不同的蛋白质伙伴，如转录因子，随着温度升高，这会导致更快的生长和更早的开花，”法国国家科学研究中心细胞生理学实验室的研究主任ChloeZubieta解释道。Vegetale在CEA格勒诺布尔(CNRS/Univ.GrenobleAlpes/CEA/INRAEUMR5168)担任该出版物的共同通讯作者。

“我们正在尝试了解ELF3内部类似朊病毒结构域的生物物理学，我们认为这是造成这种相分离的原因。”

ELF3是一种灵活的蛋白质，没有明确的结构，因此无法使用X射线晶体学对其进行研究，因为它需要处于溶液中。相反，该团队主要使用小角度X射线散射。所有现有模型都表明该结构将是高度无序的。然后惊喜出现了：“我见过许多与相分离有关的朊病毒样结构域，但这是我第一次看到根本不同的东西，”ESRFBM29科学家、该出版物的共同通讯作者MarkTully解释道。。

实验表明，类朊病毒结构域形成了更高阶的单分散低聚物，这对于相分离至关重要。这种寡聚体似乎是一个由大约30个蛋白质拷贝组成的球，充当支架，这可能是它与植物细胞中其他蛋白质相互作用所必需的。

当研究人员提高温度时，这些球体聚集在一起形成液相，然后随着时间的推移，形成有序的层状堆叠。使用电子显微镜、原子力显微镜和束线ID23-1上的X射线粉末衍射进行的进一步实验证实了该结果。

“如果我们能够通过突变不同的氨基酸残基来调节相分离何时作为温度的函数发生，我们最终可以在温暖的条件下延迟植物的开花，使它们能够建立更多的生物量并产生更多的果实和种子，”斯蒂芬妮解释道Hutin是CEA的科学家，也是该论文的第一作者。

“因此，这项研究的下一步将是将不同形式的ELF3基因添加到模型植物拟南芥中，看看当我们在温暖的温度下种植它们时会发生什么。如果我们的模型是正确的，我们可以做对于难以适应温暖条件的作物品种也是如此，”她总结道。