耶鲁大学科学家发现古代植物是如何从水生环境适应陆地的

耶鲁大学科学家发现古代植物是如何从水生环境适应陆地的然而，大约4亿年前，它们发展了维管系统，使它们能够更有效地从土壤中提取水分，并将其用于光合作用，这一变化对地球的大气和生态系统产生了重大影响。一个研究小组现在通过揭示这些古老的植物如何能够在水资源有限的新栖息地茁壮成长，解开了古生物学中的一个百年之谜。耶鲁大学的一个研究小组在《科学》杂志上发表的一项研究发现，植物的维管系统的一个小变化使它们更耐干旱，使它们能够在新的、更干燥的环境中茁壮成长。该团队由耶鲁大学环境学院教授CraigBrodersen领导，包括主要作者MartinBouda和KyraPrats。这些发现为该领域的探索开辟了新的途径。这项研究是由一个长达一个世纪的争论所激发的，即为什么最早的陆地植物的简单、圆柱形维管系统迅速转变为更复杂的形状。在20世纪20年代，科学家们在化石记录中注意到了这种复杂性的增加，但却无法确定进化变化的原因--如果有的话。在过去的十年里，布罗德森和他的同事们探索了现代植物维管系统如何构建的影响，特别是在干旱的背景下。当植物开始变干时，气泡会卡在木质部中，木质部是将水和营养物质从土壤中输送到茎和叶的专门组织。气泡阻碍了水的流动。如果不加以控制，它们会蔓延到整个网络，使植物与土壤脱节，并最终导致植物死亡。避免这些气泡的形成和扩散对今天容忍干旱是至关重要的，研究小组应用同样的思维来解释化石记录中的维管束组织模式。通过Cheilantheslanosa（又称毛唇蕨）叶片的横截面，显示出木质部的心形血管系统。资料来源：CraigBrodersen实验室最早的陆地植物的圆柱形维管系统类似于一捆吸管，最初在它们早期的水生环境中发挥了良好的作用。但是当它们迁移到水资源较少的土地上时，这些植物不得不克服干旱引起的气泡。早期的陆地植物通过将祖先的圆柱形木质部重新配置成更复杂的形状，以防止气泡扩散来做到这一点。从历史上看，对化石记录中血管复杂性增加的观察被认为是偶然的，意义不大，是植物体积增长和发展更复杂结构的副产品。新的研究颠覆了这种观点。"这并不是偶然发生的。实际上有一个很好的进化原因，"Bouda说。"有来自干旱的强大压力使之发生。这是一个百年之谜，我们现在已经回答了这个问题。"Bouda指出，共同撰写这项研究的研究小组的构成，包括古植物学家、植物生理学家和水文学家，帮助提供了技术和观点，使他们发现了泥盆纪植物中出现复杂维管结构的原因。该团队使用显微镜和解剖学分析来查看植物标本的内部运作，其中包括来自耶鲁大学皮博迪博物馆的化石标本，以及来自耶鲁大学迈尔斯森林、沼泽植物园、纽约植物园和康涅狄格大学的活植物。利用这些信息，研究小组随后预测了能够耐受干旱的维管束构型，并说明了形状上看似简单的变化是如何导致耐旱性的深刻改善的。"每当植物偏离圆柱形维管系统时，每当它发生一点点变化时，植物就会在其抗旱能力方面得到奖励。如果这种奖励一直存在，那么它将迫使植物从古老的圆柱形维管系统向这些更复杂的形式发展，"Brodersen说。"通过这些非常小的变化，植物解决了这个问题，它们在地球历史的早期就必须解决这个问题，否则我们今天看到的森林就不会存在。这些变化发生得相当迅速--在古生物学的时间框架内，也就是--大约2000-4000万年。植物维管束结构变化背后的驱动力可能有助于为培育抗旱植物的研究提供信息，帮助建立对气候变化影响的复原力并解决与生产有关的粮食不安全问题。"现在我们对维管系统是如何组合的，以及这如何影响植物的耐旱能力有了更好的了解，这就是可以作为育种计划的目标--例如，制造更好的根系，在植物中制造更好的维管系统。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1337009.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1337009.htm

日本科学家在鱼缸里发现微藻新品种

日本科学家在鱼缸里发现微藻新品种如果你曾经遇到过海藻，在溪流中的植被中航行，或者清理过浑浊的绿色水族箱，你就会对藻类感到熟悉。这些多样化的水生生物，有不同的形状、颜色和大小，依靠水、光和营养物质生长。微藻，一种超小的、肉眼看不见的藻类，在地球的生态系统中发挥着关键作用，因为它们是所有水生食物链的基础。它们因其捕获二氧化碳的能力、作为生物燃料、作为蛋白质的替代来源等而引起研究人员和企业的特别关注。有数以万计的微藻类型，它们继续在意想不到的地方茁壮成长。Medakamohakoo的显微荧光图像显示了该藻类细胞中的叶绿体（红色）、细胞核（绿色）和细胞质（蓝色）。白色刻度条表示500纳米（0.0005毫米）。资料来源：2023年黑岩恒吉（TsuneyoshiKuroiwa）。"我们非常惊讶于在一个普通的家庭水族箱中就发现了一种新的微藻物种，"来自前沿科学研究生院的SachihiroMatsunaga教授说。"从水中提取藻类并逐一进行培养。藻类的DNA被荧光染色并进行显微镜观察，以找到每个细胞中DNA含量最少的那个。然后我们对该藻类的DNA进行测序，并与其他藻类的DNA进行比较。结果与以前报道的任何藻类的DNA都不匹配，表明这是一个新物种，我们将其命名为Medakamohakoo（M.hakoo）。"微藻由相对较少的基因组成，这种不复杂的形式使它们对试图确定不同基因发挥什么作用以及如何使用这些基因的研究人员很有用。在数以万计的已知微藻中，许多仍未被描述。由于这项最新的研究，我们现在知道，这不仅是一个新的物种，而且它还具有所有淡水藻类中最小的已知基因组，以及其他有用的品质。"M.hakoo只包含一个线粒体（用于产生能量）和一个叶绿体（包含叶绿素并通过光合作用创造食物），而正常植物细胞包含多个线粒体和叶绿体。这表明它是一种细胞结构极其简单的绿藻，"松永解释说。"从我们的研究中，我们还推测它有一个前所未有的DNA结构和一个新的基因调节系统。它的细胞周期也与昼夜周期强烈同步，这是有效、稳定的生物生产的关键。由于这些固有的品质和极小的体积，M.hakoo可以有效地以高细胞密度进行培养，使其有可能以低成本大规模生产高功能食品、化妆品和生物燃料等物质。"研究人员计划继续探索M.hakoo的潜在应用，无论是在实验室还是在更广泛的世界。"水生绿藻是今天陆地植物的起源生物。Matsunaga说："由于这项研究，我们可以更好地了解一个生物体在不同环境中进化和茁壮成长所需的最低数量的基因，我们将继续对此进行研究。在未来，我希望找到合作的方式，并从M.hakoo的大规模栽培中创造出有用的物质"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1347589.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1347589.htm

科学家发现现存已知最古老的海洋植物 通过无性繁殖活跃了1400多年

科学家发现现存已知最古老的海洋植物通过无性繁殖活跃了1400多年这种创新的基因时钟检测法有可能被广泛应用于各种物种，包括珊瑚、藻类以及芦苇和覆盆子等陆生植物。他们的研究结果发表在《自然生态与进化》杂志上。基尔亥姆霍兹海洋研究中心（GEOMARHelmholtzCentreforOceanResearchKiel）海洋生态学教授、研究负责人托斯滕-罗伊施博士（ThorstenReusch）解释说："无性繁殖作为一种替代性繁殖模式，在动物界、真菌界和植物界都很普遍。这些所谓的克隆物种通过分枝或出芽的方式产生基因相似的后代，其大小往往达到一个足球场或更大。不过，这些后代的基因并不完全相同。"GEOMAR研究人员领导的研究小组之前的工作已经表明，体细胞突变会在无性繁殖后代中积累，这一过程与癌症类似。现在，Reusch教授、BenjaminWerner博士（伦敦玛丽女王大学）和IlianaBaums教授（奥尔登堡大学亥姆霍兹海洋生物功能多样性研究所）领导的研究小组利用这种突变积累过程开发出了一种新型分子钟，可以高精度地确定任何克隆的年龄。基尔大学的研究人员在罗伊施教授的领导下，将这一新颖的时钟应用于从太平洋到大西洋和地中海广泛分布的海草Zosteramarina（大叶藻）的全球数据集。特别是在北欧，研究小组发现克隆体的年龄可达数百年，与大橡树的年龄相当。最老的种群来自波罗的海，已有1402岁。尽管环境恶劣且多变，但这一无性繁殖出来的个体还是达到了如此高的年龄。波罗的海的海草种群，这不是一个生物种群，而是无性繁殖形成的。图片来源：PekkaTuuri这些对克隆物种的新年龄和寿命估计填补了一个重要的知识空白。特别是在海洋生境中，珊瑚和海草等许多基本生境形成物种可以进行无性繁殖，它们的克隆体可以变得非常大。从母体克隆中不断产生基因相同但物理上分离的小芽或片段，意味着这些物种的年龄和大小是不相关的。现在，这项新研究提供了一种工具，可以对这些克隆进行高精度的日期测定。托尔斯滕-罗伊施说："这些数据反过来又是解决保护遗传学中一个长期存在的难题的先决条件，即为什么如此大的克隆能够在多变和动态的环境中持续存在。"一旦获得高质量的鳗草基因组信息，工作就可以开始了。这项研究的另一个关键因素是，加州大学戴维斯分校（UCDavis）的同事在他们的培养槽中保存了一个海草克隆长达17年之久，作为一个校准点。"这篇论文展示了癌症进化生物学家和海洋生态学家之间的跨学科互动如何能够带来新的见解，"昆士兰大学数学与癌症进化讲师本杰明-维尔纳（BenjaminWerner）博士说，他主要研究肿瘤的体细胞进化，而肿瘤也是克隆发育的。HIFMB分子生态学家IlianaBaums教授补充说："我们现在可以将这些工具应用于濒危珊瑚，以制定更有效的保护措施，我们迫切需要这些措施，因为前所未有的热浪威胁着珊瑚礁。"托尔斯滕-罗伊施说："我们预计，延伸超过十公里的其他海草物种及其Posidonia属的克隆体将显示出更高的年龄，从而成为地球上迄今为止最古老的生物。这些将是下一个研究对象。"编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1434643.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1434643.htm

科学家发现植物枝条可以再生的秘密

科学家发现植物枝条可以再生的秘密在细胞尺度上，SAM的形成受到正向或负向调节因子（基因/蛋白质分子）的严格控制，这些调节因子可分别诱导或限制芽的再生。但是，哪些分子参与其中？是否还有其他调控层尚未被发现？为了寻求上述问题的答案，日本奈良科学技术研究所（NAIST）领导的一个研究小组对基因研究中常用的拟南芥进行了研究。他们的研究成果发表在《科学进展》（ScienceAdvances）上，发现并描述了芽再生的一个关键负调控因子。他们证明了WUSCHEL-RELATEDHOMEOBOX13（WOX13）基因及其蛋白质如何通过作为转录（RNA水平）抑制因子促进胼胝体细胞的非聚合（不分裂）功能，从而影响再生效率。"寻找提高植物嫩枝再生效率的策略由来已久。然而，由于相关的调控机制尚不明确，研究进展一直受阻。"这项研究的主要研究者池内桃子（MomokoIkeuchi）解释说："我们的研究通过定义一种新的细胞命运规范途径填补了这一空白。"相互抑制的WOX13和WUS在多能胼胝体细胞的细胞命运规范中发挥关键作用。胼胝体细胞群中WOX13和WUS的调控机制（左）和空间表达模式（右）示意图。图片来源：MomokoIkeuchi她的团队之前的研究已经确定了WOX13在移植后组织修复和器官粘附中的作用。因此，他们利用两步组织培养系统，首先测试了该基因在控制拟南芥wox13突变体（WOX13功能障碍植物）芽再生中的潜在作用。表型和成像分析表明，缺乏WOX13的植株芽再生速度加快（快3天），而诱导WOX13表达后，芽再生速度减慢。此外，在正常植株中，WOX13在SAM中的局部表达水平降低。这些发现表明，WOX13可以负向调节嫩枝再生。为了验证他们的研究结果，研究人员在多个时间点使用RNA测序对wox13突变体和野生型（正常）植物进行了比较。在胼胝体诱导条件下，WOX13的缺失并没有显著改变拟南芥的基因表达。然而，芽诱导条件显著增强了WOX13突变所诱导的改变，导致芽分生组织调节基因上调。有趣的是，这些基因在突变植株过表达WOX13的24小时内受到抑制。总之，他们发现WOX13在抑制芽分生组织调节基因子集的同时，还直接激活了参与细胞扩增和细胞分化的细胞壁修饰基因。随后基于Quartz-Seq2的单细胞RNA测序（scRNA-seq）证实了WOX13在指定多能胼胝体细胞命运方面的关键作用。这项研究强调，与其他已知的嫩枝再生负调控因子不同，WOX13只阻止了从胼胝体向SAM的转变，它通过促进获得替代命运来抑制SAM的形成。它通过与调控因子WUS之间的相互抑制调控回路来实现这种抑制作用，通过转录抑制WUS和其他SAM调控因子以及诱导细胞壁修饰因子来促进非髓质细胞命运。因此，WOX13是再生效率的主要调控因子。"我们的研究结果表明，敲除WOX13可以促进芽命运的获得，并提高芽的调节效率。这意味着WOX13基因敲除可作为农业和园艺的一种工具，促进组织培养介导的作物新芽再生。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1381155.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1381155.htm

科学家发现制作良好植物性蛋白质的“终极方法”

科学家发现制作良好植物性蛋白质的“终极方法”人们普遍认为，减少肉类和奶酪的消费，转而食用植物食品是有益的。然而，当我们在超市的冷藏区面对传统的动物性食品和环保的替代蛋白质之间做出选择时，我们并不总是做出具有环保意识的选择。尽管现在很多植物性食品都有很好的风味，但往往缺乏"正确"的口感。此外，一些植物蛋白替代品在加工过程中会消耗资源，因此并不具有可持续性。但是，如果有可能制造出可持续的、富含蛋白质且口感适宜的食品呢？哥本哈根大学的最新研究为这一设想提供了动力。关键是什么？蓝绿藻。这种蓝绿藻并不是夏天在海中成为毒汤的那种臭名昭著的蓝绿藻，而是无毒的蓝绿藻。在玻璃管中培养微藻的封闭式光生物反应器。图片来源：IGV生物技术公司，CCBY-SA3.0DEED"蓝绿藻是一种活的生物体，我们已经能够让它们产生一种它们无法自然产生的蛋白质。尤其令人兴奋的是，这种蛋白质是以纤维状形成的，有点像肉类纤维。"食品科学系的PoulErikJensen教授说："我们有可能将这些纤维用于植物性肉类、奶酪或其他一些我们追求特殊口感的新型食品中。"在一项新的研究中，詹森和哥本哈根大学等机构的研究人员表明，通过将外来基因插入蓝藻，蓝藻可以作为新蛋白质的宿主生物。在蓝藻体内，这种蛋白质以细线或纳米纤维的形式组织起来。最少的加工-最大的可持续性全世界的科学家都把蓝藻和其他微藻作为潜在的替代食品。部分原因是蓝藻和其他微藻与植物一样，通过光合作用生长，部分原因是它们本身含有大量蛋白质和有益健康的多不饱和脂肪酸。"能够操纵一个活的生物体生产出一种新型蛋白质，并将其自身组织成线，这种程度是很少见的，而且非常有前途。此外，由于蓝藻依靠水、大气中的二氧化碳和太阳光生存，因此它是一种很容易持续生长的生物。这项成果赋予蓝藻作为可持续原料的更大潜力，"专门从事植物性食品和植物生物化学研究的普尔-埃里克-延森（PoulErikJensen）热情洋溢地说道。世界各地的许多研究人员都在努力为植物性食品（如豌豆和大豆）开发富含蛋白质的质地增强剂。然而，这需要大量的加工过程，因为需要将种子磨碎并从中提取蛋白质，以获得足够高的蛋白质浓度。"如果我们能在食品中利用整个蓝藻，而不仅仅是蛋白质纤维，就能最大限度地减少所需的加工量。"詹森说："在食品研究中，我们力求避免过多的加工，因为这不仅会影响食材的营养价值，还会消耗大量能源。"“明天的牛”教授强调说，从蓝藻开始生产蛋白质链还需要相当长的时间。首先，研究人员需要弄清楚如何优化蓝藻蛋白质纤维的生产。但詹森对此持乐观态度："我们需要对这些生物进行改良，以生产更多的蛋白质纤维，同时'劫持'蓝藻为我们工作。这有点像我们劫持奶牛为我们生产大量牛奶。只不过在这里，我们避免了任何有关动物福利的伦理考虑。我们不会在明天就达到目标，因为我们必须学会解决生物体内的一些新陈代谢难题。但我们已经在这个过程中了，我相信我们一定能成功，如果是这样，这就是制造蛋白质的终极方法。"一些国家已经开始工业化种植螺旋藻等蓝藻，主要用于健康食品。生产通常在露天下的“赛道池塘”中进行，或在光生物反应器室中进行，生物在玻璃管中生长。詹森认为，丹麦是建立"微藻工厂"生产加工蓝藻的理想之地。丹麦拥有具备适当技能的生物技术公司和高效的农业部门。"丹麦农业原则上可以生产蓝藻和其他微藻，就像今天生产乳制品一样。可以每天收获或挤出一部分细胞作为新鲜的生物质。通过浓缩蓝藻细胞，你可以得到一种看起来像香蒜酱，但含有蛋白质链的东西。只需极少的加工，它就可以直接加入食品中。"编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1422274.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1422274.htm

科学家绘制植物根系隐藏的“地图”

科学家绘制植物根系隐藏的“地图”当在一个阳光明媚的春日里随意地在公园里漫步时，很容易忽视地底下看不见的复杂情况。然而，植物生物学家明白，存在于地下的庞大的、结构细致的根系是植物生命和生长的基础。例如，树木错综复杂的根系网络可以在地下伸展开来，就像树木本身伸向天空一样广泛。由加州大学圣地亚哥分校生物科学博士后学者TaoZhang和助理教授AlexandraDickinson领导的研究小组，使用一种先进的成像技术来研究玉米植物的根部。他们开发了一个"化学路线图"，详细说明了关键小分子沿着植物干细胞的分布，以及它们对植物发育的影响。该研究的见解发表在《自然-通讯》杂志上，可以为这些基本的根部化学物质如何影响植物生长提供关键的见解。细胞和发育生物学系的一名教师迪金森说："这个化学路线图提供了一个资源，科学家可以用来寻找调控植物生长的新方法。当我们考虑保护自然环境中的植物并使其更具有可持续性时，拥有更多关于根部如何生长的信息在保护方面可能是有用的，特别是在农业方面。"研究人员使用一种先进的成像技术，对负责植物生长的基本根部化学物质有了新的认识。在斯坦福大学担任访问科学家时，迪金森开始与研究的共同第一作者萨拉-诺尔和理查德-扎雷教授合作，后者开发了一个质谱成像系统，帮助外科医生在肿瘤切除手术中区分癌症和良性组织。迪金森、扎雷和诺尔将这项技术--"解吸电喷雾质谱成像"或DESI-MSI--用于探测植物根部参与生长和能量生产的化学物质。他们最初专注于玉米植物的根尖，那里的干细胞在植物的发育中发挥着积极作用。他们的方法包括切开根部的中心，以获得内部化学物质的清晰图像。"为了帮助从生物学方面了解植物根部，我们需要找出那里有哪些化学物质，"Zare说。"我们的成像系统喷出液滴，打击根的不同部分，并溶解该位置的化学物质。一个质谱仪收集液滴飞溅并告诉我们这些溶解的化学物质是什么。通过系统地扫描液滴目标点，我们制作了一个根部化学物质的空间图。"由此产生的图像，被认为是最早揭示干细胞和成熟根组织之间过渡的一些图像，显示了代谢物的基础作用--参与植物能量生产的分子。三羧酸（TCA）循环代谢物成为研究的重点，因为它们被发现是控制根部发育的一个关键角色。在进行这项研究时，研究人员预计化学品的分布会相对均匀。相反，在他们掌握了化学路线图之后，他们发现TCA代谢物在整个根部成片地聚集起来。迪金森说："我对许多化学物质以真正独特的模式出现感到惊讶。我们可以看到，植物是故意这样做的--它需要这些分子在特定区域正常生长。迪金森实验室表明，这些TCA代谢物在发育过程中具有可预测的影响，不仅在玉米，而且在另一种植物物种（拟南芥）中也是如此。这可能是因为TCA代谢物是高度保守的--它们在所有植物和动物中都有制造。"从新的图像中出现的还有以前未被识别的化合物。这些神秘的化合物可能对植物的生长至关重要，因为它们也在特定的位置分组，表明在发育过程中发挥了突出的作用。迪金森和她的同事们现在正在研究这些化合物，并比较对恶劣气候条件和干旱等不利威胁具有不同抗压水平的玉米品种。新的信息将帮助他们开发新的化学和遗传策略，以改善植物生长和抗压能力。"我们正在研究具有抗旱性的不同玉米植物，了解我们是否已经找到了该品种特有的化学物质，而我们在其他品种中还没有看到。"迪金森说。"我们认为这可能是找到能够促进生长的新化合物的一种方式，特别是在恶劣的条件下。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1362327.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1362327.htm