索爾克研究所的科學傢們日前公佈瞭有關蕪萍基因組的新發現，有助於解釋這種植物為何能生長得如此之快。這項研究發表在2021年2月的《基因組研究》(Genome Research)上，能夠幫助科學傢瞭解植物如何在生長與紮根、保護自身免受蟲害影響等其他功能之間進行權衡取舍。這項研究對設計擁有特定功能的全新植物具有啟示作用，比如說如何讓植物更好吸收空氣中的二氧化碳，從而幫助人類應對氣候變化的影響。
“許多科學進步都要感謝那些非常簡單的有機體，比如酵母、細菌和蠕蟲等等，”論文第一作者、索爾克植物分子和細胞生物學實驗室研究教授托德·邁克爾(Todd Michael)說。“我們的想法是，使用像蕪萍這樣的最小植物來理解植物成長的基本原理。”
蕪萍是一種生長在淡水中的植物，遍佈除南極洲以外的所有大陸。其看起來像漂浮在水中的綠色種子，每株植物隻有針頭大小。蕪萍沒有根，隻有一個單一的莖葉結構。其子體會從母體上脫芽，繁殖方式類似於酵母。一些專傢認為，蕪萍的數量在不到一天的時間裡就能翻番，有望成為養活人類的重要蛋白質來源。在東南亞部分地區，已經有當地人吃這種植物瞭。
為瞭弄清楚蕪萍基因組中的哪些因素導致其快速生長，研究人員分別在光照和黑暗交替的周期下培育這些植物，然後對它們進行分析，以確定不同時間段哪些基因最活躍。因為大多數植物生長都受到明暗周期調節，大部分生長發生在早晨。
邁克爾說:“令人驚訝的是，與其他植物相比，蕪萍隻有一半的基因受明暗周期的調節。”“我們認為這就是它增長如此之快的原因，沒有什麼限制蕪萍何時生長。”
研究人員還發現，蕪萍並沒有諸如保護機制或根系生長等其他基因。 “這種植物已經去掉瞭大部分它不需要的基因，” 邁克爾補充說。“它似乎已經演變成隻專註於不受控制的快速增長。”
“關於蕪萍基因組的數據可以為瞭解植物如何規劃自身結構以及如何生長提供重要信息，”論文合著者約瑟夫·埃克（Joseph Ecker）教授說。“這種植物有望成為一種新的實驗室模型，用於研究植物行為的核心特征，包括基因如何影響不同的生物活性。”
研究人員的一個重點是學習如何從頭開始培育新的植物，這樣它們就可以根據特定功能進行優化。目前研究擴展瞭基礎植物生物學知識，並提供瞭改良作物的潛力。比如讓植物在根部更好地儲存大氣中的碳，就是實驗室“利用植物計劃”首創的方法，從而幫助人類應對氣候變化的威脅。
邁克爾計劃繼續研究蕪萍，通過對這種簡化植物的研究瞭解更多有關植物生長發育的基因組結構。
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