世界上研究最多的植物之一可以长出一个额外的器官

花了 13 年才确认这个奇怪的附肢并非基因异常。
A human hand holds a common weed called a thale cress plant.
拟南芥是植物界的果蝇。NASA

在过去的几十年里,拟南芥 (Arabidopsis thaliana),通常被称为阿拉伯芥,一直是科学研究的主要植物模型,出现在数以万计的论文中。它相对简单的基因组和短的生命周期使得这种矮小、像杂草一样的植物成为遗传改造和实验的理想对象。然而,在所有这些年里,没有人注意到这种植物界的“劳模”有时会长出一个奇怪的、未命名的附肢。

首先,一些植物解剖学知识:花朵的中心茎称为花梗。从花梗分支出较小的、开花的茎称为花梗。然而,在某些种类的阿拉伯芥中,在适当的条件下,会生长出一种新命名的器官,称为 cantil。cantil 从花梗水平伸出,然后像肘部一样向上弯曲,以支撑开花的子房柄。研究人员以建筑支撑物中的悬臂梁命名了这个神秘的器官,这种支撑物存在于桥梁等结构中。

An up-close image of a thale cress plant.
在这株拟南芥植物上可以看到一个大的和两个小的 cantil。这些额外的附肢通常在白天光照不足时生长。Timothy Gookin

经过十多年的研究,科学家们证实,cantil 是阿拉伯芥解剖学的一个完全独立的组成部分,而不是任何先前描述过的植物器官的一部分。他们将研究结果发表在《发育》杂志上。

该研究的首席作者,宾夕法尼亚州立大学分子生物学家 Tim Gookin,在 2008 年首次注意到 cantil,当时他还在做博士后研究员。它们引起了他的兴趣,但他将这些结构视为异常,是某种突变或交叉污染的产物。但随着他继续研究,Gookin 一次又一次地注意到这些小小的“肘部”,包括在野生品系中。在排除了土壤、水、肥料和空气供应的影响后,Gookin 认为 cantil 并没有什么异常——它们一定是植物天然存在的组成部分。

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“花了 12 年多的时间进行实验,才真正了解我们所看到的,并理解 cantil 是如何被调控的,”Gookin 在一份声明中说。“这项研究需要将 3,782 株植物培育成完全成熟,并手动检查 34 条独特的植物品系中超过 20,000 个带花茎。”

拟南芥,是卷心菜和芥末的近亲,最早在 16 世纪被描述。2000 年,它是第一个完成基因组测序的植物。这些勇敢的杂草已在国际空间站上种植中国甚至将一些送上了月球。这个植物在科学界处于中心舞台这么久,却还有一个未被发现的器官,这对许多科学家来说是相当令人震惊的。

“如果你告诉我亚马逊发现了一种奇怪植物的新器官,我一点都不会感到惊讶,”未参与此项研究的法国国家科学研究中心(CNRS)植物生物学家 François Parcy 告诉Science News。“让我感到震惊的是,这种情况发生在拟南芥身上。这真的非常令人惊讶。”

Cantil 之所以这么长时间未被发现,可能是因为它们需要相当特殊的条件才能形成。开花延迟会促使它们的生长,这通常发生在春季白天时间短的时候。这些类似肘部的分枝在拟南芥即将开花时出现,伸出来支撑植物在花朵开始绽放。但是,当光线整天照射时,就像在实验室的条件下,cantil 就不出现了。

目前尚不清楚 cantil 对阿拉伯芥植物提供任何进化优势,如果提供的话。无论如何,Gookin 对这一发现感到兴奋,他向《国家地理》 exclaimed:“外面还有很多东西等着我们去发现!”

 

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Hannah Seo

特约撰稿人,科学

Hannah Seo 是 Popular Science 的科学撰稿人。她于 2020 年以实习生身份加入,此后一直为 Popular Science 的网站和季度杂志定期投稿。Hannah 的报道涵盖了从 COVID-19 到罕见的考古发现等各种主题,她总是乐于讨论奇特的海洋生物或神经心理学的奥秘。


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